process-oriented rating of thermal behavior of machine tools
Final Report Abstract
Das thermische Verhalten der Werkzeugmaschine bestimmt zunehmend die erreichbare Fertigungsgenauigkeit. Mit den bisherigen Mitteln war es nicht möglich, in der Konzeptphase einer Werkzeugmaschinenentwicklung die zu erwartenden Werkstückabweichungen vorauszubestimmen. Experimentelle und rechnerische Untersuchungen orientieren sich zur Zeit noch an den Normblättern DIN V 8602 und ISO/DIS 230-3, welche ausdrücklich Prozesseinflüsse ausschließen. Entsprechend dem Einsatzzweck der Werkzeugmaschine ist eine prozessgerechte Bewertung des thermischen Verhalten anzustreben. Gegenüber der Leelaufbelastung fuhrt die Prozesslast nicht nur zu einer höheren thermischen Belastung der Werkzeugmaschine, sondern auch durch die Aufteilung der Zerspanungsleistung auf Werkstück, Werkzeug und Späne und dem Einfluss von Kühl Schmiermittel u.a. teilweise zu einem völlig anderen Verhalten. Bisher wurde vorrangig die zeitliche Änderung der thermisch bedingten Wirkpunktabweichungen betrachtet. Gleichrangig stehen daneben die Änderungen der Wirkpunktabweichungen, die durch die Vorschubbewegungen auf der thermisch verformten Werkzeugmaschinenstruktur entstehen. Mit einer Erweiterung des thermischen Simulationsmodells der Maschine durch die Abbildung der Vorschubbewegungen als Strukturänderung des Modells und der Einbeziehung der Belastung und Stoffflüsse des Prozesses lässt sich das thermische Verhalten unter Prozessbedingungen simulieren. Die Simulation unterliegt nicht den Beschränkungen des Experimentes und erlaubt weitreichende Untersuchungen bis hin zur Darstellung des maschinenseitig bedingten thermischen Anteils der Werkstückabweichungen. Damit wird eine bessere und zweckbestimmte Auslegung und Optimierung des thermischen Verhaltens möglich. Für einen konkreten Fertigungsprozess, d.h. Werkstück und zugeordnete Technologie, kann damit das thermische Verhalten der Werkzeugmaschine prozessgerecht bewertet werden. Im Berichtszeitraum wurden weitere Teilthemen der "vollständigen" thermischen Simulation der Werkzeugmaschine bearbeitet. Mit systemtheoretischen Untersuchungen des thermischen Verhaltens, der Entwicklung von Modellobjekten zur Parametrierung der Simulationsmodelle, Arbeiten zur Lastfallformulierung und zum Arbeitsraummodell sowie der Umsetzung der Ergebnisse in die thermische Simulation realer Maschinen und deren Verifizierung wurde die Handhabbarkeit und Aussagefähigkeit des Simulationsverfahrens entscheidend verbessert. Die Ergebnisse erweitern die Sichtweise auf das komplexe thermische Verhalten der Werkzeugmaschine gegenüber der üblichen zeitlichen Betrachtungsweise um den räumlichen Aspekt. Sie stellen einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung der "virtuellen Werkzeugmaschine" mit "virtuellem Prozess" dar.
Publications
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Großmann, K.: Characterization, Analysis and Influencing of Thermal Behavior of Machine Tools. Memorial Lecture at Mori Seiki, 24.09.2005 Nara (Japan)
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Großmann, K.; Jungnickel, G.: Instationäres Verhalten von Vorschubachsen mit bewegtem Wälzkontakt. Schriftenreihe des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen der TU Dresden 2003.
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Großmann, K.; Jungnickel, G.: Simulation and Rating of Thermal Behavior of Feed Axis with Ball Screw. Produktion Engineering Vol. XI/1 (2004)
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Großmann, K.; Jungnickel, G.: Thermische Simulation des Konsolidierungsprozesses für Spacer fabrics. Teil 1: Modellierung. ZWF 101 (2006) 4, S. 203-208 Teil 2: Simulation des Konsolidierungsprozesses. ZWF 101 (2006) 5, S. 287-291
