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Korrekturmodelle thermisch bedingter TCP-Verlagerungen mit Hilfe maschinenintegrierter Verformungssensoren

Correction models for thermally induced TCP-dislocation utilizing machine integrated deformation sensors
 
: Klatte, Michel

Aachen: Apprimus Verlag, 2019, 148 S.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2019
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 37
ISBN: 978-3-86359-760-3
ISBN: 3-86359-760-5
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Thermische Fehler von Werkzeugmaschinen stellen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität der gefertigten Bauteile dar. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Weiterentwicklung indirekter Verfahren zur Korrektur thermisch bedingter Positionierfehler leisten, indem die Eignung von Verformungsmessungen für die indirekte Korrektur systematisch untersucht wird. Zu Beginn der Arbeit wurde zunächst eine physikalische Modellierungsmethode zur Nutzung von integralen Verformungssensoren konzipiert. Der Messmethode liegt die Annahme zu Grunde, dass thermisch bedingte Verlagerungen in der Hauptsache durch Biegung von Maschinenkomponenten in Kombination mit Hebelarmen der Struktur verursacht werden. Zur Erfassung von Biegezuständen wird durch integrale Dehnungsmessungen an unterschiedlichen Stellen der Struktur der Gradient der Verformung erfasst. Die Validierung der Messmethode wurde experimentell mit Hilfe von Prüfständen und Komponenten unterschiedlicher Komplexität, vom quaderförmigen Bauteil bis zur gesamten Werkzeugmaschine mit Achskinematik, durchgeführt. Für alle Komplexitätsstufen wurden sowohl der phänomenologische als auch der physikalische Modellierungsansatz umgesetzt und diese untereinander verglichen, sodass eine Bewertung des Korrekturpotenzials erfolgen kann. Die Validierungsergebnisse bestätigen bei Untersuchungen am Prüfstand sowie bei einzelnen Maschinenkomponenten die Möglichkeit des Einsatzes einfacher Modellierungstechniken für eine effektive Korrektur. Am Prüfstand zeigen sich im Vergleich mit dem phänomenologischen Ansatz hohe Effektivitäten von bis zu über 95 Prozent, die laterale Verformung des Spindelstocks eines Bearbeitungszentrums kann mit über 70 Prozent Effektivität ebenfalls gut korrigiert werden. Eine weitere Steigerung der Komplexität von Struktur und Modell führt jedoch zum deutlichen Rückgang der Korrekturgüte. Die Effektivität ist sowohl von der Verlagerungsrichtung als auch vom Belastungsfall abhängig. Hingegen lassen sich mit dem phänomenologischen Ansatz über alle Komplexitätsstufen durchweg gute Korrekturergebnisse erzielen. Damit kann die letzte in dieser Arbeit formulierte These mit dem eingesetzten Modell nicht uneingeschränkt bestätigt werden. Der Vergleich phänomenologischer Modelle auf Basis von Temperatur- und Dehnungsmessungen lässt auf einen höheren Informationsgehalt der Dehnungsmessungen im Vergleich zu reiner Temperaturmessung schließen. Dieser Mehrwert fällt jedoch vergleichsweise gering aus.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-569470.html