Redundante Werkzeugmaschinenstruktur für die Komplettbearbeitung im Großwerkzeugbau: modellbasierter Systementwurf und Prototyp
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Auerbach/V.
Verl. Wiss. Scripten
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INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN 11
1 EINLEITUNG 13
2 STAND DER TECHNIK 15
2.1 UEBERSICHT 15
2.2 BAUWEISEN VON GROSSTEILBEARBEITUNGSMASCHINEN 15
2.3 ZUKUNFTSSTRATEGIEN FUER MASCHINEN ZUR GROSSTEILBEARBEITUNG 20
2.3.1 KLEINE MASCHINEN FUER GROSSE WERKSTUECKE 20
2.3.2 EINSATZ MECHATRONISCHER KOMPONENTEN 22
2.3.3 AGILE UND WANDLUNGSFAEHIGE FERTIGUNGSSYSTEME 23
2.3.4 MULTIFUNKTIONALE BEARBEITUNGSMASCHINEN 26
2.3.5 BEARBEITUNGSMASCHINE MIT REDUNDANTEN ANTRIEBEN 26
2.4 FAZIT 36
3 ZIELSTELLUNG UND VORGEHENSWEISE 39
4 VORUNTERSUCHUNG UND KONZEPTFINDUNG 43
4.1 UEBERSICHT 43
4.2 ERMITTLUNG DER ANFORDERUNGEN 44
4.2.1 HANDLUNGSFELDER FUER DEN WERKZEUGBAU 44
4.2.1.1 MECHANISCHE BEARBEITUNG SCHRUPPEN 44
4.2.1.2 MECHANISCHE BEARBEITUNG SCHLICHTEN 45
4.2.1.3 FERTIGUNGSKONZEPTE IM WERKZEUGBAU 45
4.3 ABLEITUNG DER ANFORDERUNGEN AN DAS NEUE MASCHINENKONZEPT 47
4.3.1 ANALYSE DER GESAMTBEARBEITUNGSZEIT 47
4.3.2 VERGLEICHSKONZEPT 49
4.3.3 EINFLUSS DER MASCHINENDYNAMIK AUF DIE HAUPTZEITANTEILE 49
4.3.4 EINFLUSS DER MASCHINENDYNAMIK AUF DIE NEBENZEITANTEILE 57
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IMAGE 2
4.4 TOPOLOGIEARIALYSE DER GESAMTMASCHINE 61
4.4.1 UEBERSICHT 61
4.4.2 ABLEITUNG DES KINEMATISCHEN SCHEMAS 62
4.4.2.1 EINFUEHRUNG EINES ALLGEMEINEN BESCHREIBUNGSSYSTEMS 62
4.4.2.2 INTEGRATIONSMOEGLICHKEITEN UND ENTSCHEIDUNGSREGELN
FUER DIE ADDITIVE KINEMATIK 63
4.4.2.3 BEISPIELHAFTE ANWENDUNG DES AUSWAHLSCHEMAS 65
4.4.3 MASCHINENDYNAMISCHE ZUSAMMENHAENGE ZUR BESTIMMUNG
DER ADDITIVEN KINEMATIK 66
4.4.4 FESTLEGUNG DES TECHNOLOGIEMODULS FUER DIE KOMPLETTBEARBEITUNG 68
4.4.5 ERMITTLUNG DER GEEIGNETEN TOPOLOGIE 74
4.5 STRUKTURSYNTHESE FUER DIE ADDITIVE KINEMATIK 74
4.5.1 UEBERSICHT 74
4.5.2 SERIELLE STRUKTUREN 76
4.5.3 PARALLELSTRUKTUREN 76
4.5.4 AUSWAHL DER VORZUGSLOESUNG 78
4.6 KINEMATISCHE GESAMTSTRUKTUR 79
5 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG DES PROTOTYPS
EINER REDUNDANTEN WERKZEUGMASCHINE 83
5.1 UEBERSICHT 83
5.2 GRUNDLEGENDE MODELLE 84
5.2.1 BESCHREIBUNG DES SYSTEMS 84
5.2.2 KINEMATIK UND STARRKOERPERDYNAMIK 86
5.2.2.1 MODELL DER VORWAERTSKINEMATIK UND VORWAERTSSTATIK 86
5.2.2.2 DYNAMISCHES MODELL 88
5.2.3 MECHATRONISCHES MODELL 97
5.2.4 MODELL ZUR FEHLERUEBERTRAGUNG - SENSITIVITAETSANALYSE 98
IMAGE 3
5.2.5 ANWENDUNG AUF DIE ZU UNTERSUCHENDE KINEMATIK 101
5.2.5.1 AUSWIRKUNGEN DER FEHLER DER PARAMETER 101
5.2.5.2 BESTIMMUNG DER MAXIMAL ZULAESSIGEN PARAMETER ABWEICHUNGEN BEI
EINZUHALTENDEM POSITIONSFEHLER 102
5.3 GESTALTUNG PROZESSANGEPASSTER KOMPONENTEN 103
5.3.1 BESCHREIBUNG DER EXPERIMENTALMASCHINE 103
5.3.2 MASSSYNTHESE DER SCHERENKINEMATIK 105
5.3.2.1 FESTLEGUNG DES BEWEGUNGSRAUMS DER
SCHERENKINEMATIK 105
5.3.2.2 FESTLEGUNG DER KOPPELLAENGEN 107
5.3.2.3 UNTERSUCHUNGEN ZUR KOPPELANORDNUNG 108
5.3.2.4 FEHLERANALYSE 111
5.3.3 GESTALTUNG DER GELENKE 114
5.3.4 GESTALTUNG DER KOPPELN 116
5.3.5 GESTALTUNG DES FUEHRUNGSRAHMENS 118
5.4 DIMENSIONIERUNG DER ANTRIEBE 120
5.5 UNTERSUCHUNG DES GESAMTKONZEPTES 127
6 UMSETZUNG UND VALIDIERUNG 135
6.1 UEBERSICHT 135
6.2 MODULARE STEUERUNGSSTRUKTUR FUER REDUNDANTE ACHSEN 136
6.2.1 ANFORDERUNGEN AN DIE STEUERUNG 136
6.2.2 TRANSFORMATIONSMODUL 137
6.2.3 SICHERES EINHALTEN VON RUCK- UND BESCHLEUNIGUNGS
GRENZWERTEN 138
6.2.4 UEBERWACHUNG DER MASCHINENPOSITIONEN 139
6.3 ALGORITHMEN ZUR BEWEGUNGSAUFTEILUNG 139
6.3.1 PROBLEMSTELLUNG 139
6.3.2 THEORIEN ZUR LOESUNG DES PROBLEMS 139
6.3.3 IMPLEMENTIERUNG DER BEWEGUNGSAUFTEILUNG 143
IMAGE 4
6.4 ENTWICKLUNG EINER ANGEPASSTEN REGELUNGSSTRUKTUR 147
6.4.1 PROBLEMSTELLUNG 147
6.4.2 THEORIEN ZUR LOESUNG DES PROBLEMS 148
6.4.3 IMPLEMENTIERUNG DER REGELUNGSSTRATEGIE 149
6.5 ERARBEITUNG EINES GENAUIGKEITSKONZEPTES 154
6.6 STATISCHE UND MASCHINENDYNAMISCHE UNTERSUCHUNGEN 160
6.6.1 VORGEHENSWEISE 160
6.6.2. STATISCHE UNTERSUCHUNGEN 160
6.6.3 MASCHINENDYNAMISCHE UNTERSUCHUNGEN IN X-RICHTUNG 161
6.6.4 MASCHINENDYNAMISCHE UNTERSUCHUNGEN IN Y-RICHTUNG 164
6.6.5 MASCHINENDYNAMISCHE UNTERSUCHUNGEN IN Z-RICHTUNG 167
6.6.6 ZUSAMMENFASSUNG 169
6.7 TECHNOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN 170
6.7.1 SCHLICHTEN 170
6.7.1.1 VERGLEICH VERSCHIEDENER STRATEGIEN ZUR
BEWEGUNGSAUFTEILUNG 170
6.7.1.2 VERGLEICH DER PROTOTYPMASCHINE MIT EINER REFERENZMASCHINE 171
6.7.1.3 GRENZEN DER STEIGERUNG DER VORSCHUBDYNAMIK 172
6.7.2 HPC BEARBEITUNG 173
6.8 BEURTEILUNG DER EINSATZFAEHIGKEIT DES UNTERSUCHTEN KONZEPTES FUER DIE
KOMPLETTBEARBEITUNG 174
7 ENTWICKLUNGSMETHODE 177
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 185
LITERATUR 189
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