B06: Eigenschaftsmodellbasierte Korrektur

Eigenschaftsmodellbasierte Korrektur lastabhängiger Strukturverformungen

Teilprojektleiter

Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher
RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor, Forschungsbereich Werkzeugmaschinen

Der wissenschaftliche Fokus des Teilprojektes „Eigenschaftsmodellbasierte Korrektur lastabhängiger Strukturverformungen“ liegt auf der Entwicklung von Modellen, die unabhängig von der Tool-Center-Point-Position (TCP-Position), der Belastungsart und -höhe die lastabhängige, achsbedingte thermo-elastische Strukturverformung einer Schleif- bzw. einer Fräsmaschine korrigieren. Die Korrektur wurde in der Basisphase sowohl auf einzelne thermische Effekte als auch ihre Kombinationen, die aus der Belastung der X,- Y- und Z-Achse resultieren, fokussiert.

Zu Beginn des Projektes wurden Belastungseinheiten entwickelt und konstruiert, die der gezielten, reproduzierbaren und definierten Belastung der Werkzeugmaschinenachsen dienen. Anschließend wurden sie in die Werkzeugmaschinen integriert, die zusätzlich mit Sensoren zur Erfassung von Strukturtemperaturen und elektrischen Belastungen bestückt waren. Die aus der Achsbelastung resultierende TCP-Verlagerung wurde im gesamten Arbeitsraum beider Werkzeugmaschinen mit vier Lasertracern erfasst. Die Positionsabhängigkeit im gesamten Arbeitsraum wurde zuvor weder auf nationaler noch internationaler Ebene untersucht.

Der Korrekturansatz basiert auf der Modellierung der thermisch bedingten Verlagerung des TCP in Abhängigkeit von elektrischer Leistung und mechanischem Vorschub. Sämtliche Daten können direkt der NC-Steuerung entnommen werden. Die Modellierung erfolgt unter Verwendung der zuvor erwähnten Belastungseinheiten, die der Werkzeugmaschine die prozessbedingten Widerstandskräfte aufprägen. Die zugrunde gelegten Modelle sind Übertragungsfunktionen (Verzögerungsglieder unterschiedlicher Ordnung) zwischen den genannten Steuerungsdaten und der TCP-Verlagerung in X-, Y- und Z-Richtung. Die Modellierung erfolgt für den gesamten Arbeitsraum der Fräs- bzw. Schleifmaschine, wobei der Fokus auf der Übertragbarkeit der Modelle von einer TCP-Position auf eine andere liegt.

In der aktuellen zweiten Phase des SFB/ TR 96 wird das Messverfahren mithilfe eines erweiterten kinematischen Maschinenmodells optimiert, sodass Messzeiten verkürzt und die Messgenauigkeiten erhöht werden können. Der bisherige Fokus lag auf der Untersuchung des Einflusses der Linearachsen. Nun werden darüber hinaus der Einfluss von Drehachsen und der Umgebungstemperatureinfluss detailliert untersucht. Um einen detaillierten Einblick über den Umgebungstemperatureinfluss auf volumetrisch thermo-elastische Verlagerungen zu bekommen wird eine Werkzeugmaschine unter unterschiedlichen Randbedingungen in einer Thermokammer untersucht.

Für die dritte und letzte Phase des Teilprojektes B06 ist eine Zusammenführung der im geplanten SFB/TR 96 entwickelten Korrekturmodelle geplant. Der Schwerpunkt der letzten Forschungsperiode liegt auf der Vereinfachung der Kennwertermittlung, da mit den bisher entwickelten Modellen, in denen sämtliche relevante Einflüsse berücksichtigt werden, ein enormer experimenteller Aufwand einhergeht.