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4.3 Modellierung von Werkzeugmaschinen
Dämpfungselemente ermöglichte die Simulation des dynamischen Verhaltens
gesamter Maschinenstrukturen (FINKE 1977). Mit der Weiterentwicklung der
Rechnerarchitekturen und der Simulationssoftware fand die Simulation von
Werkzeugmaschinen Einzug in den Konstruktions- und Entwicklungsablauf und
stellt heute den Stand der Technik dar. Die FEM entwickelte sich so von einer
Methode für die nachträgliche Berechnung bereits feststehender Strukturen zu
einem Werkzeug zur Lösungsfindung (SCHNEIDER 2000).
Mechatronische Simulation von Gesamtmaschinen
Die Gesamtmaschinensimulation mit gekoppelter Simulation von Gestellstrukturen,
Antriebsmechanik und Regelung entspricht dem aktuellen Stand der
Technik und wird auch bei Werkzeugmaschinenherstellern als entwicklungsbegleitendes
Werkzeug eingesetzt (KEHL 2004). Beispiele für die Gesamtsimulation
von Werkzeugmaschinen geben z. B. BERKEMER & KNORR (2002). Sie verwenden
das beschriebene Vorgehen zur Reglerauslegung und Genauigkeitsbewertung
von Werkzeugmaschinen mit Lineardirektantrieben. OERTLI (2008) beschreibt
den vermehrten Einsatz von Leichtbaustrukturen im Werkzeugmaschinenbau.
Er schildert die damit einhergehende Bedeutung der dynamischen
Wechselwirkung von Antriebsstrang und Maschinengestell bei der Systemauslegung.
Deshalb konzentrierte er sich auf Beschreibungsformen für die Kopplung
dieser Modelle und entwickelte eine Elementformulierung für Kugelgewindetriebe,
die die elastischen und kinematischen Verhältnisse zwischen Gewindespindel
und Mutter abbildet.
4.3.4 Vorgehensweise zum Aufbau von FE-Modellen von Werkzeugmaschinen
Da die Vorschubantriebe des in dieser Arbeit betrachteten Bearbeitungszentrums
mit Kugelgewindetrieben ausgestattet sind, wird für die Modellierung auf die
Vorgehensweise von OERTLI (2008) zurückgegriffen. Diese ist deshalb im Folgenden
kurz dargestellt und gliedert sich in nachstehende Arbeitsschritte:
Auslesen der geometrischen Informationen der Werkzeugmaschine aus
3D-CAD-Daten
Vernetzung der Einzelstrukturen der Werkzeugmaschine
Kopplung der Einzelstrukturen durch Federelemente zu einer Gesamtstruktur
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