B07: Strukturmodellbasierte Korrektur

Strukturmodellbasierte Korrektur thermo-elastischer Fehler an Werkzeugmaschinen

Teilprojektleiter

Dr.-Ing. Bernd Kauschinger
: TU Dresden, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik

Das Ziel des Teilprojektes besteht in der steuerungsintegrierten Korrektur thermo-elastisch verursachter Fehler an Werkzeugmaschinen in thermischer Echtzeit unter Verwendung der Vorschubantriebe. Die zur Fehlerberechnung verwendeten thermischen und thermo-elastischen Modelle bilden die Struktur sowie die Strukturvariabilität der Werkzeugmaschine ab. Auf Basis in der Steuerung erfasster Lastdaten werden Verlustleistungen und Leitwerte berechnet, die in ein thermisches Modell eingeprägt werden. Mit dem aus diesem Modell ermittelten Temperaturfeld wird das Verformungsfeld berechnet und mit diesem wiederum die Verlagerung am Tool Center Point. Der Schwerpunkt für diesen Korrekturansatz sind Werkzeugmaschinen mit Prozessen großer Variabilität.

Die für die strukturmodellbasierte Korrektur notwendigen Funktionen wurden zunächst in Module gegliedert und für die Stabachsen eines Hexapoden entwickelt und implementiert. Um die Berechnung des Temperaturfeldes in thermischer Echtzeit durchführen zu können, wurden ordnungsreduzierte thermische FE-Modelle in die Korrektur integriert (aus den Teilprojekten A05, A06). Die benötigten Schnittstellen zwischen der Modellierungsumgebung und der Steuerung wurden am Beispiel der Steuerung Beckhoff TwinCAT3 entwickelt. Darüber hinaus wurde ein Vorgehen zur Aufbereitung und Verdichtung der erfassten Lastdaten sowie der berechneten Korrekturwerte unter Berücksichtigung der Strukturvariabilität erarbeitet.
Aufbauend auf den in Phase 1 entwickelten Modulen soll in Phase 2 die Anwendbarkeit der strukturmodellbasierten Korrektur auf 5-Achs-Maschinen unter Verwendung einer industriell relevanten Steuerung erschlossen werden. Hierfür soll die Korrektur auf bis zu sechs Freiheitsgrade erweitert werden. Gleichzeitig werden in den Modulen komplexere Randbedingungen resultierend aus der Steuerung, dem thermischen Modell sowie Forderungen an die Robustheit der Korrekturlösung berücksichtigt. In Zusammenarbeit mit den Korrekturprojekten B06, B09 und C03 wird ein teilprojektübergreifender Algorithmus und eine teilprojektübergreifende Schnittstelle für die Korrekturwertaufschaltung entwickelt.