Vorschubachsen für große Werkzeugmaschi­nen - Entscheidungs­kriterien zur Auslegung und zur Auswahl des Bewegungsprin­zips

Zielstellung

Es sollen im Rahmen dieses Forschungspraktikums neue Erkenntnisse hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeiten und der Konstruktion von Vorschubachsen für große Werkzeugmaschinen gewonnen werden. Dabei spielt die Einbindung neuester Maschinenelemente und deren Untersuchung hinsichtlich Funktionalität und Wirtschaftlichkeit eine besondere Rolle. Besonders für den Einsatz neuer Maschinenelemente ist es wichtig, Abgrenzungen zu finden, in deren Rahmen der Einsatz eben dieser Elemente zweckmäßig ist.

Die Ergebnisse sollen als methodisches Entwicklungswerkzeug für die Konstruktion und zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung der Achseigenschaften dienen. Damit wird eine Vergleichsmöglichkeit der technischen und wirtschaftlichen Kenngrößen der Achsmodule in den unterschiedlichen Systemstrukturen ermöglicht und eine Bewertungsmöglichkeit und Entscheidungshilfe für den optimalen Einsatz der Achsmodule sowohl aus der Sicht der Hersteller als auch aus Sicht der Anwender gestützt.
Ein besonderer Schwerpunkt soll auf die Einbindung der Simulation in den Entwicklungsprozess gelegt werden. Zur Ermittlung und zum Vergleich der dynamischen Eigenschaften der Vorschubmechanismen sollen Referenzmodelle für typische Konstruktionen, Hilfsmittel zur Parameterbestimmung sowie Zusammenstellungen charakteristischer Parameter und deren Grenzen aufbereitet werden.

Lösungsweg

Aufbauend auf Vorarbeiten zur Auslegung und Bewertung von Vorschubachsen mit Kugelgewindetrieb soll im Rahmen der Forschungsarbeit auf die speziellen Anforderungen im Bereich großer Verfahrwege eingegangen werden. Das setzt die Aufbereitung der Auslegungsziele und -vorgänge speziell für den Zahnstangentrieb sowie für Vorschubachsen auf der Basis des Linearmotors voraus.

Typische Vorschubstrukturen großer Werkzeugmaschinen sollen nach den Gesichtspunkten

• wirkende Belastungen
• erreichbare Verfahrgeschwindigkeiten
• Beschleunigungsvermögen
• erreichbare Genauigkeit
• Wirtschaftlichkeit

und unter Nutzung experimenteller Untersuchungen an beispielgebenden Werkzeugmaschinen verschiedener Bauart bewertet werden.

Anhand der gewonnenen Erkenntnisse können unter Beachtung konstruktiver Randbedingungen Schwachstellen und Problembereiche ermittelt und damit die Einsatzgrenzen der Strukturen abgesteckt werden.

Basierend auf der Bewertung der möglichen Antriebsprinzipe werden Referenzmodelle für die Simulation erarbeitet, die in Abstimmung mit den beteiligten Unternehmen auf beispielgebenden Werkzeug­maschinen­strukturen basieren sollen, so dass ein direkter Vergleich der Ergebnisse aus der Simulation mit den experimentellen Untersuchungen ermöglicht wird.

Mit den so aufbereiteten Referenzmodellen soll, in Gegenüberstellung zu den experimentellen Ergebnissen, das dynamische Verhalten der verschiedenen Lösungsmöglichkeiten mit verschiedenen Testverfahren bewertet werden.
Aus der Wertung der mit den Vorschubmechanismen erreichbaren technischen und wirtschaftlichen Ergebnissen können nun Schluss­folgerungen für deren industrielle Nutzung abgeleitet werden. Die gewonnenen Forschungsergebnisse sollen so aufbereitet werden, dass Hersteller und Anwender großer Werkzeugmaschinen in ihren Entscheidungen zur Antriebstechnik für ihre Einsatzfälle gestützt werden.

Ergebnisse

Für typische Vorschubprinzipe großer Werkzeugmaschinen wurden die Auslegungs- und Gestaltungsrichtlinien so aufbereitet, dass daraus wichtige Entscheidungskriterien für die Gestaltung und die Einsatz­grenzen solcher Vorschubachsen gewonnen werden können.
Mit den entwickelten Hilfsmitteln zur Abschätzung von Kostenschwer­punkten der verschiedenen Lösungen kann neben der technischen auch eine Bewertung aus betriebswirtschaftlicher Sicht erfolgen. Die Kostenabschätzung orientiert sich dabei zweckmäßig an den Achskenngrößen Verfahrweg und Vorschubkraft.

Mit den aufbereiteten Referenzmodellen wird dem Entwickler die direkte vergleichende Bewertung verschiedener Vorschubprinzipe anhand ihres dynamischen Verhaltens ermöglicht und die Treffsicherheit bei konstruktiven Entscheidungen und der Anwendung zweckmäßiger kinematischer Prinzipien erhöht.

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© Crispin-Iven Mokry

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Herr Dr.-Ing. Jens Müller

Antriebs- und Steuerungstechnik

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