Integrierte Simulation des Systems "Werkzeugmaschine - Antrieb - Zerspanprozess" auf der Grundlage ordnungsreduzierter FEM-Strukturmodelle

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Werkzeugmaschinen sind heute komplexe mechatronische Produktionssysteme, deren Entwicklung unter enormem Innovations-, Zeit- und Kostendruck stattfindet. Die Simulationstechnik stellt dabei eine Schlüsseltechnologie zur Früherkennung von Produkteigenschaften dar. Ihr Einsatz ist umso effektiver, je früher im Produktentwicklungsprozess wesentliche Erkenntnisse über den Verhaltenscharakter des Gesamtsystems gewonnen werden können. Im Idealfall können z. B. die Realisierbarkeit neuer Funktionen und die Erreichbarkeit der Qualitäts- und Leistungsanforderungen noch in der Entwurfsphase abgesichert werden. Ein besonders effizienter und frühzeitig applizierbarer Ansatz zur Abschätzung der erreichbaren Leistungsfähigkeit und Genauigkeit von NC-Maschinenentwürfen ist die Kopplung von Finite-Elemente-Modellen der mechanischen Struktur mit der regelungstechnischen Simulation der elektrischen Antriebssysteme. Bereits erste Entwurfsmodelle der mechanischen und elektrischen Konstruktion sowie der Steuerungstechnik werden dabei mit geringfügigem Zusatzaufwand für die Modelldatenverarbeitung in ein mechatronisches Gesamtmodell integriert. Schwerpunkte des Forschungsvorhabens zu dieser Methode sind der Einsatz und die Anpassung neuer mathematischer Verfahren zur automatisierten Modellreduktion der Finite-Elemente-Modelle, die effiziente Modellierung rotatorischer Antriebssysteme mit Kugelgewindetrieb im Verbund mit dem Maschinengestell, sowie die Implementierung eines Zerspanprozessmodells, um Systementwürfe hinsichtlich der Prozesstauglichkeit zu untersuchen.