Modellgestützte Kompensation von thermisch bedingten Verlagerungen in Echtzeitfähigkeit
| Laufzeit: | 03/2005 – 02/2007 |
| Finanzierung: | BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsgemeinschaften "Otto von Guericke" (AiF) PRO INNO II Kooperationsprojekt "Genauigkeitssteigerung an Bohr- und Fräsmaschinen durch modellgestützte Kompensation thermisch bedingter Verlagerungen; Modellgestützte Kompensation von thermisch bedingten Verlagerungen in Echtzeit" |
| Bearbeiter: | Dr.-Ing. Günter Jungnickel Dipl.-Ing. Steffen Schroeder |
| Kooperation: | UNION Werkzeugmaschinen GmbH Chemnitz |
Zielstellung
An Großmaschinen führt neben den internen Wärmequellen und den Einflüssen des Bearbeitungsprozesses vor allem der Umgebungseinfluss zu großen thermisch bedingten Wirkpunktabweichungen. Für ein Bohrwerk ist eine thermische Korrektur als Softwarelösung aufzubauen. Auf Grund der großen Achswege ist eine positionsabhängige Korrektur notwendig. In einer ersten Stufe werden die thermisch bedingten Längenfehler der Bohrspindel-Achse betrachtet. In der Fortsetzung werden die erreichten Ergebnisse in ein Korrekturprogramm für die komplette Maschine eingearbeitet.
Lösungsweg
Der Korrektur wird ein strukturbasiertes Zustandsmodell der Maschine zugrunde gelegt. Der Vorteil dieser Methode gegenüber korrelativen Zustandsmodellen besteht in der Abbildung beliebiger thermischer Lastverläufe und Randbedingungen und der durch die Vorschubbewegungen bedingten Strukturänderungen. Der letztgenannte Punkt ermöglicht überhaupt erst den Aufbau einer positionsabhängigen Korrektur. Aus der Simulation des Temperaturfeldes in Echtzeit wird positionsabhängig der Längenfehler am Wirkpunkt bestimmt. Bild 1 zeigt für das untersuchte Bohrwerk die simulierten Wirkpunktabweichungen über dem Arbeitraum als Folge von Temperaturunterschieden in der Maschinenumgebung. Diese Werte werden der Steuerung zur Realisierung der Korrektur übergeben.
Bild 1: Wirkstellenverlagerungen und Korrekturwerte bei einem Eilgang- und Drehzahlversuch
Ergebnisse
Bild 2: Wirkstellenverlagerungen und Korrekturwerte bei einem Eilgang- und Drehzahlversuch
Gemeinsam mit dem Steuerungshersteller wurden die Voraussetzungen für eine Implementation des Korrekturkonzeptes geklärt. Als Ergebnis der beiden ersten Projektstufen liegen das strukturbasierte Zustandsmodell eines Bohrwerk-Spindelstocks und eines Bohrwerkes vor.
Gegenwärtig laufen die Inbetriebnahme der Korrektur beim Anwender und Versuche zur erreichbaren Genauigkeit, siehe Bild 2.
Kontakt
© Crispin-Iven Mokry
Research associate
NameMr Dipl.-Ing. Steffen Schroeder
Thermal Modeling, calculation of parameter
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Chair of Machine Tools Development and Adaptive Controls
Visiting address:
Kutzbach-Bau, Room E7 Helmholtzstraße 7a
01069 Dresden