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Thermofehler-Korrektur durch smarte Strukturen

By Klaus Schädlich, Steffen Nestmann and Carsten Richter

Abstract

Moderne Werkzeugmaschinen müssen Fertigungsgenauigkeiten in einer Größenordnung von wenigen Mikrometern einhalten können. Thermische Einflüsse an Werkzeugmaschinen aus Bearbeitung und Umgebung führen häufig zu nicht achsparallelen Verformungen an Maschinenbaugruppen, die sich kaum oder nur eingeschränkt mit teuren Zusatzelementen und/oder durch energieintensive Klimatisierung kompensieren lassen. Sich ändernde Umgebungsbedingungen haben diesbezüglich gerade über die Bettbaugruppen wesentliche Einflüsse auf die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen. Die im Tages- und Jahresverlauf in der Werkhalle ständig variierenden Temperaturschichtungen führen zu veränderlichen vertikalen Temperaturgradienten im Maschinenbett und somit zu Verformungen (Aufwölbung). Aus dieser Ausgangssituation abgeleitet, besteht die Zielstellung in einer Optimierung von Maschinenstrukturen, speziell von Gestellbaugruppen an Werkzeugmaschinen. Mittels Simulation und Erprobung von alternativen Materialien (mit der Möglichkeit variierbarer Materialeigenschaften) und von Sonderkonstruktionen (als Stahlschweißkonstruktionen in Verbindung mit Aktorik) wird angestrebt, die thermischen Einflüsse weg von Aufwölbungen in achsparallele Verformungen zu wandeln. Diese Verformungen können dann durch die Maschinensteuerung kompensiert werden. Erste experimentelle Untersuchungen zum thermischen Verhalten eines homogenen Probenkörpers aus Polymerbeton mit den Abmessungen 1200mmx600mmx500mm erfolgten unter definierten Umgebungsbedingungen in der Thermozelle des Fraunhofer IWU in Chemnitz. Weiter wurde ein dreidimensionales Modell des Mineralgussbettes in der Analysesoftware Ansys erzeugt. Die gemessenen Verlagerungen und Temperaturen konnten im Folgenden zur Verifikation der FE-Simulation genutzt werden. Die angestrebte Entwicklung einer Methodik zur Optimierung von Maschinenkomponenten soll deren Genauigkeitsparameter unter werkhallentypischen Bedingungen verbessern. Die damit erreichbare Funktionsverdichtung ermöglicht eine erhebliche Verbesserung bei der Kompensation innerer und äußerer Fehlerquellen bei gleichzeitig reduziertem konstruktivem Aufwand. Bisher wurden experimentelle und simulative Voruntersuchungen an einem homogenen Mineralguss-Versuchskörper durchgeführt. Im weiteren Projektverlauf sollen zwei Demonstratoren (jeweils für ein gradiertes Bett und ein Piezo-Bett) entwickelt, gebaut und erprobt werden

Topics: Werkzeugmaschine, thermischer Einfluß, Optimierung von Maschinenstrukturen, Gestellbaugruppe, Polymerbeton, gradiertes Bett, Piezo-Bett
Year: 2012
OAI identifier: oai:fraunhofer.de:N-214555
Provided by: Fraunhofer-ePrints
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