Simulationsgestützter Entwurf und anwendungsbezogene Optimierung aktiv magnetisch gelagerter elastischer WZM-Motorspindeln mit nichtlinearer Systemdynamik

Laufzeit:	10/2002 – 03/2006
Finanzierung:	Volkswagen Stiftung
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Holger Rudolph Dr.-Ing. Andreas Mühl
Kooperation:	Institut für Regelungs- und Steuerungstheorie, TU Dresden

Zielstellung

Abb. 1: Versuchstand zur Untersuchung des Verhaltens der Magnetspindel im Fertigungsprozess

Zur Unterstützung des Entwurfs und der Bewertung des Gesamtsystems "aktiv magnetisch gelagerte Spindel" in Anwendungsfällen, in denen ein nichtlineares Verhalten der Regelstrecke vorliegt, soll eine insbesondere für die Anwendung in der Entwurfsphase des Systems geeignete Simulationsumgebung geschaffen und verifiziert werden. Das Bild zeigt den zur Untersuchung der Magnetspindel und zur Verifikation der Modelle aufgebauten Versuchstand.

Lösungsweg

Für die Komponenten und Verhaltensbereiche elastischer Spindelkörper, Magnetlager, Verstärker, Hauptantriebsmotor, dynamische Fräskräfte sowie nichtlineare Regler und Beobachter werden verknüpfbare und im Zeitbereich simulierbare Modelle und zugehörige Parametrierungsvorschriften entwickelt und mit Messungen an einer realen Spindel abgeglichen.

Abb. 2: Magnetspindelmodell mit Darstellung der 1. Biege-Eigenform

Ergebnisse

Es ist am IWM ein leicht und intuitiv bedienbares FE-Berechnungswerkzeug für ungefesselte elastische Spindelkörper inkl. einer Schnittstelle für den Export modaler Parameter des mechanischen Modells entwickelt worden. Für die Simulation des Gesamtsystems im Zeitbereich entstanden wesentliche Modellkomponenten zur Abbildung elastischer bzw. starrer Rotoren sowie des Zerspanprozesses. Weitere im Lösungsweg genannte Modellobjekte werden am Institut für Regelungs- und Steuerungstheorie entwickelt. Abschließend wird an der Verifizierung des Gesamtmodells und an der Simulation von Ausbohrprozessen unter Variation von Prozessparametern gearbeitet. Das Bild zeigt das Modell der Magnetspindel und die Oberflächenqualität als Ergebnis eines derart simulierten Fertigungsprozesses.