Modellierung des thermo-elastischen Verhaltens eines fremdgetriebenen Spindelsystems

 

Aktuelle Korrekturmethoden des thermo-elastischen Verhaltens von Hauptspindelsystemen sind, trotz des vorhandenen Expertenwissens der Hersteller, mit einem erheblichen Parametrierungsaufwand verbunden. Der experimentelle Aufwand wird daher häufig auf wenige Lastfälle reduziert, die jedoch nur bedingt das komplexe thermo-elastische Betriebsverhalten von Spindelsystemen abbilden.

Um die komplexen Wirkzusammenhänge des thermo-elastischen Verhaltens simulativ abbilden zu können, sind im Teilprojekt - TP - B03 des Sonderforschungsbereichs/Transregio 96 (SFB/TR 96) Einzelkomponenten und Baugruppen messtechnisch untersucht und in Simulationsmodelle überführt worden. In Ergänzung dazu untersuchte Teilprojekt B06 volumetrische thermo-elastische Verlagerungen von Bearbeitungszentren und entwickelte anschließend auf Basis des aufgenommenen Last-Verlagerungsverhaltens einen Korrekturalgorithmus.

Die bestehenden Prüfstände werden nun verwendet, um den Einfluss weiterer Faktoren - zum Beispiel Baugröße, Schmierungsart, Vorspannklassen, Abstreiferausführung, Anschlussgeometrie und –material - auf den Wärmeeintrag hin zu untersuchen. Aufbauend auf den bereits durchgeführten Untersuchungen wird die Analyse einer Hauptspindel vorangetrieben. Im weiteren Verlauf wird der Forschungsschwerpunkt, der zuvor vorwiegend auf Komponentenebene ausgerichtet war, auf das thermo-elastische Verhalten von Baugruppen ausgerichtet. Hierbei werden neben den Untersuchungen der Baugruppen Vorschubachse und Motorspindel weitere Untersuchungen an einer Produktionsmaschine durchgeführt.

Ziel des beantragten Transferprojektes ist es, den derzeitigen experimentellen Aufwand zur Parametrierung thermo-elastischer Korrekturmodelle auf ein Minimum zu reduzieren bzw. das Korrekturmodell in seiner Gültigkeit zu verbessern. Dieses wird erreicht, indem zukünftig die Parametrierung des Korrekturmodells aus TP B06 auf Basis des Prognosemodells aus TP B03 erfolgt. Zur Parametrierung des Prognosemodells müssen lediglich die Reibkräfte der Lager für unterschiedliche Betriebspunkte auf Spindellagerprüfständen bestimmt werden. Aufwendige Parametrierungsversuche am physikalischen Spindelsystem entfallen.

Der Nachweis über die Industrietauglichkeit wird in diesem Transferprojekt gemeinsam mit der Firma CHIRON-WERKE GmbH & Co. KG an einer fremdgetriebenen Spindel erbracht.