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4 Grundlagen der Vermessung und Modellierung von Werkzeugmaschinen
Modellierung der Antriebssysteme, bestehend aus Motorwellen, Kugelgewindetriebe,
Getriebe etc.
Kopplung der Antriebssysteme mit dem Modell der Gestellstruktur zu einem
mechanischen Gesamtmodell
Lösen des mechanischen Gesamtmodells (siehe Abschnitt 4.3.5) und
Überführung der Ergebnisse in eine für die weitere Verwendung geeignete,
mathematische Darstellung (siehe Abschnitt 4.3.6)
Abbildung der elektrischen Komponenten, wie z. B. Motoren und Regler,
und Kopplung mit dem mechanischen Gesamtmodell zu einem mechatronischen
Simulationsmodell (siehe Abschnitt 4.3.7)
Die Vernetzung von Einzelstrukturen erfolgt entweder manuell oder automatisiert.
Die automatische Vernetzung bedient sich meist einfacher Volumenelemente
und reduziert den Arbeitsaufwand beträchtlich, bedingt aber oft eine hohe
Anzahl von Elementen und damit hohe Rechenzeiten und großen Speicherbedarf.
Zudem muss speziell bei komplexen, dünnwandigen Strukturen mit Einbußen in
der Ergebnisqualität gerechnet werden. Dies kann durch zeitintensive, manuelle
Vernetzung reduziert werden.
Wie bereits beschrieben, werden einzelne Strukturkörper über Federelemente zu
größeren Strukturen gekoppelt. Die direkte Anbindung von Federn an einzelne
Knoten der Strukturkörper kann dabei zu hohen Spannungskonzentrationen und
zu numerischen Fehlern führen. Um dies zu umgehen, kann die Kopplung netzunabhängig
über Starrkörperelemente (engl. Rigid Body Element, RBE) durchgeführt
werden. Diese Starrkörperelemente verbinden mehrere Netzknoten eines
Strukturkörpers mit einem netzunabhängigen Referenzknoten zu den sog. Multiple
Point Constraints (MPC). Die Kopplung der einzelnen Strukturkörper erfolgt
dann über Federelemente zwischen den Referenzknoten der MPC (siehe
Abbildung 4-4). Auf diese Weise werden z. B. Kräfte realitätsnäher über einen
größeren Bauteilbereich eingeleitet. Je nach Wahl der Netzknoten und Anzahl
der Freiheitsgrade, die durch die Federelemente verbunden werden, können so
nicht nur feste Verbindungen wie z. B. Verschraubungen und Aufstellelemente,
sondern auch Führungen und Lager abgebildet werden (siehe Abbildung 4-5).
Bei Führungen verzichtet man hierbei auf das translatorische Federelement in
Verfahrrichtung. Bei Lagern wird das rotatorische Federelement um die Drehachse
nicht modelliert. Die Lager- und Führungskörper an sich werden im Allgemeinen
vernachlässigt und nicht vernetzt.
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