Thermo-elastische FE-Modelle von Fräs-Bearbeitungszentren

Laufzeit:	laufend
Finanzierung:	Industrie über GWT-TUD GmbH
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Andreas Mühl Dipl.-Ing. Christian Städel

Zielstellung

Für Fräs-Bearbeitungszentren mehrerer Baugrößen werden Analysen der Wärmequellen in den Maschinen und der dadurch bedingten thermischen Verlagerungen durchgeführt. Ziel ist es, jeweils ein für die Maschinensteuerung zu handhabendes Korrelationsmodell zu generieren, welches aus gemessenen Temperaturen an der realen Maschine thermisch bedingte Verlagerungen der Wirkstelle berechnet und die entsprechenden Achssollwerte entgegengerichtet korrigiert. Dabei sind auch die Ergebnisse messtechnischer Untersuchungen zu berücksichtigen.

Lösungsweg

Zur Verwirklichung des genannten Ziels werden durch den Projektpartner zielgerichtet Versuche durchgeführt, welche thermische Belastungen in den Einzelachsen als auch kombinierte Lastfälle mit Wechsel der Umgebungsbedingungen beinhalten. Durch das IWM werden FE-Modelle erstellt, welche mit den Ergebnissen dieser Versuche bezüglich Temperaturen und Verlagerungen abgeglichen werden. Dabei umfassen die FE-Modelle:

die thermischen Lasten (Wärmequellen: Motoren, Führungs- und Lagerungselemente, in denen Wärme aufgrund von Reibung entsteht),
die Materialparameter der einzelnen Baugruppen,
die Wärmeabgabe an die Umgebung,
die Wärmeabgabe an innere Wärmekapazitäten sowie
die Wärmeabgabe an die Kühl- und Kühlschmierkreisläufe der Maschinen.

Neben der Tatsache, dass mit diesen Modellen Temperaturfelder und Verlagerungen in der Struktur berechnet und sichtbar gemacht werden können, wird mit den Berechnungsergebnissen die den Korrelationsmodellen zugrunde liegende gemessene Datenbasis des Temperatur-Verlagerungs-Zusammenhangs auf simulativem Wege erweitert.
Aus dieser breiten Datenbasis (Temperaturen und Verlagerungen aus Messung und Simulation) werden in der NC-Steuerung einfach zu implementierende Korrelationsmodelle gebildet, welche zwischen charakteristischen Temperaturzuständen an einer endlichen Anzahl von Temperaturmessstellen und Verlagerungen des TCP relativ zum Tisch vermitteln.

Ergebnisse

Mit den erstellten Korrelationsmodellen ist eine Vorhersagegenauigkeit der thermo-elastischen Verformungen der Maschine und der dementsprechenden Verlagerungen am TCP über ein großes Lastfallspektrum von ca. 50% erreichbar.