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4.1 Allgemeines
4 Grundlagen der Vermessung und Modellierung von
Werkzeugmaschinen
4.1 Allgemeines
Das vorliegende Kapitel gibt einen Überblick über die heute gängigen Werkzeuge
zur Vermessung und Modellierung des statischen und dynamischen Verhaltens
von Werkzeugmaschinen. Nach einer kurzen Einführung zu deren Aufbau
und Funktionsweise wird beschrieben, mit welchen Methoden die verschiedenen
Komponenten in Simulationsmodellen abgebildet werden können. Dabei wird
sowohl auf die mechanische Struktur als auch auf die Antriebs- und Regelsysteme
eingegangen. Im Anschluss wir erläutert, wie das dynamische Verhalten von
Werkzeugmaschinen messtechnisch erfasst werden kann.
4.2 Aufbau und Funktionsweise von Werkzeugmaschinen
Abbildung 4-1 zeigt den prinzipiellen Aufbau von Werkzeugmaschinen am Beispiel
eines Horizontal-Bearbeitungszentrums mit vier Vorschubachsen. Das Maschinengestell,
das aus Maschinenbett und Aufbauten, wie z. B. dem Maschinenständer,
besteht, stellt das Grundgerüst dar. Es nimmt die Bearbeitungskräfte auf,
sichert die Lage der einzelnen Baugruppen zueinander und legt die kinematischen
Randbedingungen der Werkzeugmaschine fest. Baugruppen können mithilfe
von Vorschubantrieben über Führungen relativ zueinander entlang der Maschinenachsen
bewegt werden.
Abbildung 4-2 zeigt den schematischen Aufbau eines CNC-gesteuerten, elektromechanischen
Vorschubantriebs. Die vom Bediener in einem NC-Programm
spezifizierten Verfahrbewegungen werden vom Interpolator der NC-Steuerung in
Sollwertvorgaben für die Maschinenachsen umgesetzt. Für jede Achse bedeutet
dies die Vorgabe des zeitlichen Verlaufs des Lage-Sollwertes. Die Antriebsregler
der Achsen setzen diese Informationen in Sollgrößen für die Vorschubmotoren
um, die ein Drehmoment erzeugen, das über mechanische Übertragungselemente
in die Vorschubkraft umgesetzt wird. Die Wandlung des vom Motor erzeugten
Drehmoments in die Vorschubkraft erfolgt meist über einen Kugelgewindetrieb,
bestehend aus Kugelgewindespindel und einer an der zu bewegenden Baugruppe
befestigten Kugelgewindemutter.