Entwicklung und Erprobung eines Konzepts zur Gewichtsreduzierung und Dynamiksteigerung bei Hochpräzisionswerkzeugmaschinen durch die Kompensation der statischen und dynamischen Strukturverlagerung

Das Ziel des Forschungsvorhabens is die Reduzierung des Gewichts und des Volumens von Hochpräzisionswerkzeugmaschinen，um die Abilität und Modularisierbarkeit zu steigern. Weiterhin wird die Dynamik der Verfahrbewegungen der Maschinenachsen，insbesondere der Ruck，gegenüber der Dynamik heute am Markt verfügbarer Werkzeugmaschinen für die Hochpräzisionsbearbeitung gesteigert.本文采用有限元法（FEM）和Mehrkörper-System（MKS）的模拟方法对机械结构进行了结构优化，建立了具有明确特征值的模型，并进行了仿真验证。Die im Vergleich zu üblichen，steif ausgelegten Maschinen grosse Positionsabweichung des Tool-Center-Points（TCP）relativ zur Bearbeitungsstelle wird zur Gewährleistung der Arbeitsgenauigkeit während der Bearbeitung aktiv kompensiert.由于定位不一定是直接的，因此需要通过物理数学模型对结构进行非参数化系统辨识，而定位则需要在时间序列中通过主动系统和传感器信号的信息数据来实现，从而实现对轴承的预定位和对轴承的控制。Die Kompensation wird mittels der linearmotorgetriebenen Maschinenachsen durchgeführt.在第一次研究中，我们发现了一个线性模型，一个机械结构和一个自动控制系统，以及一个Betrieb基因。这种观点认为，在中国，法律的强制执行是一种不可避免的现象。因此，我们需要一种控制方法，使重新建模和补偿的实施方法能够使传感器变得更灵敏，并使标准CNC控制韦尔登得以实现。在这两个领域中，我们将继续研究采用有限元方法和Mehrkorpersystem的系统建模，以及在控制外围设备中集成复杂模型，以实现对焦点的补偿。因此，在翻译实践中，需要对翻译实践进行大量的补偿。Das Drei-Achs-System wird nach erfolgreicher Kompensation als Mikrofrässystem ausgerüstet，um das Konzept abschließend für die Fertigungtechnologie des Hochpräzisions-Mikrofräsens zu qualifizieren.在一个四年的研究韦尔登Schwerpunkte auf der Berücksichtigung von Störgrößen，beispielsweise Bearbeitungskräfte，die größer als beim Mikrofräsen sind liegen，sowie auf der Erweiterung des Konzepts für Fünf-Achs-Werkzeugmaschinen liegen。

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Reduzierung des Gewichts und des Volumens von Hochpräzisionswerkzeugmaschinen, um die Flexibilität und Modularisierbarkeit zu steigern. Weiterhin wird die Dynamik der Verfahrbewegungen der Maschinenachsen, insbesondere der Ruck, gegenüber der Dynamik heute am Markt verfügbarer Werkzeugmaschinen für die Hochpräzisionsbearbeitung gesteigert. Dazu wird die Maschinenstruktur in einer Strukturoptimierung mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) und der Simulation von Mehrkörper-Systemen (MKS) als nachgiebiges schwingungsfähiges System mit definierten Eigenschwingungsformen modelliert und in einem Versuchsstand realisiert. Die im Vergleich zu üblichen, steif ausgelegten Maschinen große Positionsabweichung des Tool-Center-Points (TCP) relativ zur Bearbeitungsstelle wird zur Gewährleistung der Arbeitsgenauigkeit während der Bearbeitung aktiv kompensiert. Da die Positionsabweichung nicht direkt erfasst werden kann, wird eine nichtparametrische Systemidentifikation der Struktur durchgeführt und ein physikalischmathematisches Rechenmodell entwickelt, welches die Positionsabweichung im Zeitbereich aus Messdaten der Antriebssysteme und zusätzlichen Sensorsignalen während der Bearbeitung vorausberechnet und der Steuerung zur Verfügung stellt. Die Kompensation wird mittels der linearmotorgetriebenen Maschinenachsen durchgeführt. Im ersten Forschungsjahr wurde ein Versuchsstand bestehend aus einem Linearantriebsmodul, einer das Maschinengestell repräsentierenden nachgiebigen Struktur und einem Steuerungssystem aufgebaut und in Betrieb genommen. An dem Versuchsstand wurde die Umsetzbarkeit der Gestellauslegung im Sinne des geforderten Eigenschwingungsverhaltens nachgewiesen. Darüber hinaus wurde ein Steuerungskonzept entwickelt und umgesetzt, das die Implementierbarkeit der Rechenmodelle und Kompensationsalgorithmen sowie zusätzlicher Sensorik sicherstellt und um eine Standard-CNCSteuerung erweitert werden soll. Im hier beantragten zweiten Förderzeitraum stehen die Modellbildung des Systems mit der FE-Methode und als Mehrkörpersystem, die Integration der komplexen Modelle in die Steuerperipherie sowie die steuerungs- und regelungstechnischen Maßnahmen zur Echtzeitkompensation im Fokus. Weiterhin wird der Versuchsstand zu einem Drei-Achs- System erweitert, um eine vollständige Kompensation der translatorischen Verlagerung im Raum zu realisieren. Das Drei-Achs-System wird nach erfolgreicher Kompensation als Mikrofrässystem ausgerüstet, um das Konzept abschließend für die Fertigungstechnologie des Hochpräzisions-Mikrofräsens zu qualifizieren. In einem vierten Forschungsjahr werden Schwerpunkte auf der Berücksichtigung von Störgrößen, beispielsweise Bearbeitungskräfte, die größer als beim Mikrofräsen sind liegen, sowie auf der Erweiterung des Konzepts für Fünf-Achs-Werkzeugmaschinen liegen.