Optimierung der dynamischen Bahngenauigkeit von Werkzeugmaschinen mit der Mehrkörpersimulation

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Moderne Werkzeugmaschinen müssen hohe Anforderungen an Produktivität und Bearbeitungsqualität erfüllen. Neben einer hohen Bahngenauigkeit ist eine hohe Bahndynamik gefordert. Bei Eckfahrten und engen Konturradien werden bei hohen Ruckwerten untere Maschineneigenfrequenzen angeregt, die sich als Bahnabweichungen auf dem Werkstück abbilden. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Analyse der Bahngenauigkeit und der Bahndynamik von Werkzeugmaschinen während des Entwicklungsprozesses zu verbessern. Durch eine Kombination der Mehrkörpersimulation mit evolutionären Algorithmen wird eine Mehrkriterienoptimierung von Werkzeugmaschinenstrukturen in der Konzeptphase durchgeführt. Zielfunktionen sind unter anderem die Antriebskräfte und die dynamischen Bahnabweichungen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Berechnung der Bahngenauigkeit von Werkzeugmaschinen mit detaillierten, flexiblen Mehrkörpermodellen entwickelt. Sowohl die Genauigkeitsanforderungen im Bereich der Werkzeugmaschinen als auch die notwendige Effizienz zur vollständigen Abbildung komplexer Maschinenkinematiken sind zentrale Randbedingungen für die in dieser Arbeit neu entwickelte Simulationsmethode. Die Modelle für Antriebs- und Führungskomponenten von Werkzeugmaschinen werden an mehreren Antriebsprüfständen einfacher Bauart messtechnisch verifiziert und anschließend auf verschiedene Maschinentypen angewendet. Beispielszenarien in der virtuellen Produktion sind Betriebsschwingungsanalysen, Positionierfahrten, Kreisformtests und einfache Drehprozesse.