Kompensation thermischer Verformungen an einem Mehrspindeldrehautomaten

Laufzeit:	09/2001 – 06/2004
Finanzierung:	Industrie
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Günter Jungnickel Dipl.-Ing. (BA) Andreas Richter

Zielstellung

Die hohe Leistungskonzentration in einem Mehrspindelautomaten führt zu beträchtlichen Erwärmungen der Maschine und damit zu thermischen Verformungen, welche sich als Durchmesser- und Längenabweichung am Werkstück abbilden. Für den Mehrspindelautomaten ist im Anschluss an ein vorangegangenes Projekt ein thermisches Kompensationsmodell als Softwarelösung aufzubauen. Die Korrektur wird mit den lagegeregelten Quer- und Längsachsen ausgeführt.

Lösungsweg

FO-Mehrspindeldrehautomat, Bild 1 — Bild 1: Mehrspindeldrehautomat, Modell für die Verformungsberechnung der Grundmaschine

Das Kompensationsmodell wird als strukturbasiertes Zustandsmodell aufgebaut. Kennzeichnend für die Problemstellung ist eine große Variabilität in Aufbau und Einsatz der Maschine. Dazu werden diese Möglichkeiten im Modell installiert und über spezielle Eingabeparameter entsprechend der aktuellen Maschinenkonfiguration und Betriebsbedingungen eingestellt. Mit einem Knotenpunktmodell werden alle wesentlichen thermischen Vorgänge in der Maschine abgebildet und die instationären Verläufe der Temperatur von Bauteilen, Baugruppen oder Bereichen bestimmt. Die Temperaturfeldberechnung erfolgt prozessparallel mit den aktuellen Lastdaten wie Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten, Umgebungs- und Hydrauliktemperatur, der Zerspanungsleistung usw. Anhand der Knotenpunkttemperatur lassen sich mit vereinfachenden Modellansätzen die thermischen Verformungen der Bauteile und daraus die thermisch bedingten Abweichungen am Wirkpunkt Werkzeug/Werkstück ermitteln.
Bild 1 zeigt die Zerlegung der Grundmaschine in einzelne Verformungskörper. Diese Abweichungen werden der Maschinensteuerung für eine Korrektur der Schlittenlagen übergeben.

Ergebnisse

Das Simulationsmodell des Mehrspindeldrehautomaten wurde erfolgreich getestet. Bei einem Bearbeitungsversuch mit prozessparalleler Simulation konnte nachgewiesen werden, dass sich die Werkstückabweichungen auf etwa 1/4 der Werte im unkorrigierten Fall vermindern lassen (Bild 2). Das Kompensationsmodell wurde in Form einer WIN32-DLL geschrieben und dem Anwender als implementationsfähige Software übergeben.