Schutzmechanismen für Motorspindeln: ein Beitrag zur Vermeidung kollisionsbedingter Schäden an Werkzeugmaschinen
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker Verlag
2016
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe des PTW: "Innovation Fertigungstechnik"
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Inhalt
Formelzeichen und Abkürzungen V
1 Einleitung 1
2 Grundlagen und Stand der Erkenntnisse 3
2 1 Kollisionen in Werkzeugmaschinen 3
211 Kollisionsursache 5
212 Technischer Prozess 6
213 Kollision 7
214 Kollisionsfolge 10
2 2 Maßnahmen zur Vermeidung von Kollisionen und deren Folgen 14
221 Verringerung der Auftretenswahrscheinlichkeit von Kollisionen
(Kollisionsprävention) 16
222 Verringerung des Kollisionsschadens 25
2 3 Fazit zum Stand der Erkenntnisse 37
3 Zielsetzung und Vorgehensweise 41
3 1 Zielsetzung der Arbeit 41
3 2 Systematisches Vorgehen zur Zielerreichung 42
4 Modell zur Ermittlung der Kollisionskräfte in einem Bearbeitungszentrum 45
4 1 Vorgehen zur Erstellung eines flexiblen Mehrkörpermodells 45
411 Maschinengeometrie und kinematisches Modell 46
412 Aufbau des dynamischen MKS-Modells 47
413 Einbindung flexibler Strukturkomponenten 52
414 Modellierung des Kollisionskontaktes 56
4 2 Ergebnisse der Kollisionsanalyse 60
4 3 Fazit zur simulativen Untersuchung von Kollisionskräften 61
5 Konzeption des Schutzmechanismus 63
5 1 Informations- und Definitionsphase 63
511 Maschine und Motorspindel 64
512 Werkstück, Werkzeug und Bearbeitungsprozess 68
II
513 Kollisionssituation 69
514 Fazit zu den Rahmenbedingungen 70
515 Anforderangsliste 70
5 2 Kreationsphase 72
521 Funktionsanalyse und -Struktur 72
522 Entwicklung der Konzeptvarianten 73
5 3 Konzeptbeurteilung 87
531 Definition der Bewertungskriterien 87
532 Konzeptbewertung 89
5 4 Entscheidung und Fazit zum Konzeptentwurf 91
6 Auswahl und Untersuchung des Referenzsystems 93
6 1 Referenzspindel 93
6 2 Grenzbelastbarkeit der Referenzspindel 94
621 Welle-Lagerang-System 95
622 Grenzbelastbarkeit des Werkzeugspannsystems 101
6 3 Referenzmaschine 104
631 Konstruktiver Aufbau und Achsanordnung 104
632 Maschinenreaktion und Achsbremswege 105
633 Fazit zur Referenzmaschine 106
7 Konstruktive Detaillierung des Schutzmechanismus 107
7 1 Äußere und innere geometrische Gestaltung 107
711 Äußere geometrische Gestaltung des Schutzmechanismus 107
712 Innere geometrische Gestaltung des Schutzmechanismus 108
7 2 Auslegung und konstruktive Detaillierung der Haltekrafterzeugung 111
721 Auslegung und Gestaltung des Magnetsystems 113
722 Auslegung und Gestaltung der Vorspannung 118
7 3 Konstruktive Details im Überblick 121
8 Messtechnische Untersuchung und Bewertung 125
8 1 Ausrückverhalten des Schutzmechanismus 125
_______________________________________________________________________________III
811 Prüfstandsaufbau und Messtechnik 125
812 Axiales und radiales Ausrückverhalten des Schutzmechanismus 127
813 Einfluss der Vorspannung auf das statische Ausrückverhalten 129
814 Fazit zu den statischen Ausrückversuchen 131
8 2 Einfluss auf die statische Maschinensteifigkeit 131
821 Versuchsaufbau und Messtechnik 132
822 Ermittelte Steifigkeiten 132
823 Fazit zur statischen Steifigkeit 135
8 3 Einfluss auf das dynamische Eigenschwingungsverhalten der
Versuchsmaschine 135
831 Versuchsaufbau und Messtechnik 135
832 Dynamisches Eigenschwingungsverhalten 137
833 Fazit zum Einfluss auf das dynamische Eigenschwingungsverhalten 141
8 4 Einfluss auf das Prozessverhalten der Versuchsmaschine 141
841 Versuchsaufbau und Messtechnik 142
842 Stufenfrästest 144
843 Untersuchungsergebnisse bezüglich des Prozessverhalten beim
Stufenfrästest 145
844 Reaktion des Schutzmechanismus auf die Prozesskräfte 148
845 Werkzeugein- und -austritt 153
846 Fazit zum Prozessverhalten 155
8 5 Verhalten unter Kollisionsbedingungen 156
851 Versuchsaufbau 156
852 Vorgehen 157
853 Kollisi onskräfte in Abhängigkeit der Kollisionssituation 158
854 Reaktionszeit des Schutzmechanismus 159
855 Fazit zu den Kollisionsversuchen 161
8 6 Präzision beim Wiedereinrücken 161
861 Rotatorische Lageabweichung der Spindelachse 162
862 Translatorische Lageabweichung der Spindelachse 165
IV
863 Fazit zur Wiedereinrückgenauigkeit 168
8 7 Untersuchung der Spindelfunktionalität nach den Kollisionsversuchen 168
871 Überprüfung des Spindelrundlaufs 168
872 Überprüfung der Lagerung auf Kollisionsschäden 169
873 Fazit zu den Untersuchungen auf Kollisionsschäden 173
8 8 Fazit zur messtechnischen Untersuchung 173
9 Evaluierung an einem industrienahen Anwendungsbeispiel 175
9 1 Einfluss auf die Prozessstabilität 175
9 2 Ermittlung der Kollisionskräfte 176
9 3 Fazit zum industrienahen Anwendungsbeispiel 177
10 Zusammenfassung und Ausblick 179
11 Literaturverzeichnis 181
A Anhang 199
A l Ermittlung von Zerspankräften und Drehmomenten 199
A 2 Herleitung der Gestaltänderungsenergiehypothese 199
A 3 Elemente der Jacobi-Matrizen zur Lagerberechnung 201
A 4 Magnetwerkstoff 203
A 5 Autoleistungsspektrum des Impulshammers 203
A 6 Eigenformen 204
A l Prozesskraftinduzierte Verschiebung am TCP 206
A 8 Prozesskräfte beim unterbrochenen Schnitt 206
A 9 Kontaktschaltung zur Kollisionserkennung
,207
Schriftenreihe des PTW: Innovation Fertigungstechnik1
Dennis Korff
Schutzmechanismen für Motorspindeln
Ein Beitrag zur Vermeidung kollisionsbedingter Schäden
an Werkzeugmaschinen
D 17 (Diss TU Darmstadt)
Shaker Verlag
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