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2006 | Book

Werkzeugmaschinen 3

Mechatronische Systeme, Vorschubantriebe, Prozessdiagnose

Author: Manfred Weck

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : VDI-Buch

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About this book

Das Buch richtet sich sowohl an Studierende wie auch an den Anwender, der bei der Auswahl geeigneter Maschinen eines umfassenden Überblicks über die existierenden Systeme bedarf. Die sechste Auflage ist neu bearbeitet und hinsichtlich der graphischen Präsentation verbessert worden. Sie stellt die neuesten Entwicklungen rund um den geregelten Vorschubantrieb in allen Anwendungsbereichen dar.

Das Kompendium Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme umfasst fünf Bände, die die immer komplexer werdende Materie des Werkzeugmaschinenbaus bündeln. Der Schwerpunkt von Band 3 liegt auf der Auslegung mechatronischer Komponenten, insbesondere den zur Erzeugung hochdynamischer Antriebsbewegungen verwendeten Vorschubantrieben von Werkzeugmaschinen. Vorschubantriebe zählen zu den wichtigsten Hauptkomponenten von Werkzeugmaschinen, an die hohe Anforderungen bezüglich ihrer dynamischen Eigenschaften gestellt werden. Gefordert werden große Beschleunigungen und Geschwindigkeiten bei gleichzeitig geringen Bahnabweichungen.

Vorgestellt werden Konstruktionshilfen bei der Auswahl und Auslegung wichtiger Maschinenkomponenten. Ein Schwerpunkt liegt auf der mechanischen und regelungstechnischen Auslegung von Vorschubantrieben mit direkten und konventionellen Antrieben, sowie den zur Positionserfassung benötigten Messsystemen. Ein weiterer Schwerpunkt widmet sich den Prozess- und Diagnoseeinrichtungen von Maschinen- und Prozesszuständen. Neben einer ausführlichen Schilderung der klassischen Prozess- und Maschinenzustandsüberwachung basierend auf der Auswertung externer Sensoren, wird ausführlich auf die sensorlose Prozessübwachung auf Basis der Motorströme der Hauptspindel- und Vorschubmotoren eingegangen.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Seit den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts hat die fortwährende Weiterentwicklung der Mikroelektronik bzw. des Mikrocomputers die Automatisierungstechnik und im Speziellen den Umfang an Funktionalität und Leistungsfähigkeit von Werkzeugmaschinen gravierend verändert bzw. ständig verbessert.
Manfred Weck, Christian Brecher
2. Aufbau einer Vorschubachse
Zusammenfassung
Zu den wichtigsten Elementen automatischer Fertigungseinrichtungen zählen die Vorschubantriebe, die entsprechend den vorgegebenen Bewegungsanweisungen in Verbindung mit den Werkzeugen die Kontur der Werkstücke erzeugen. Bei rein mechanischen bzw. elektro- oder hydromechanischen Fertigungsautomaten liegen die für die Bearbeitung eines Werkstücks erforderlichen Informationen über Weg und Geschwindigkeit in Form von mechanischen Speichern vor, z.B. in Kurvenscheiben und Schablonen (s. Band 4 Kapitel 3). Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen erhalten die entsprechenden Informationen in Form von NC-Daten, Bild 2.1.
Manfred Weck, Christian Brecher
3. Dynamisches Verhalten von Vorschubachsen
Zusammenfassung
Bedingt durch eine hohe geforderte Werkstückgenauigkeit müssen die Vorschubantriebe so beschaffen sein, dass die von der Steuerung vorgegebenen Lage- und Geschwindigkeitswerte mit höchster Genauigkeit und möglichst ohne Verzögerung in die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück umgewandelt werden. Diese Forderung gilt besonders für mehrachsige, bahngesteuerte Werkzeugmaschinen, bei denen die einzelnen Achsbewegungen funktional abhängig sind und jede Achse mit einem eigenen Vorschubantrieb ausgestattet ist. Dabei müssen alle Antriebe zusätzlich das gleiche dynamische Übertragungsverhalten aufweisen, da sonst Fehler bei der Erzeugung ebener und räumlicher Konturen auftreten würden.
Manfred Weck, Christian Brecher
4. Vorschubantriebe zur Bahnerzeugung
Zusammenfassung
Eine moderne Steuerung entspricht in ihrem Hardwareaufbau einem Mikrocomputer, wobei ein oder mehrere Prozessoren zur Verwendung kommen können. Die verschiedenen internen Funktionsbereiche wie Satzaufbereitung, Interpolation und Lageregelung, aber auch Anzeige- und Benutzerschnittstelle, sind als Softwaremodule realisiert, die unter einem angepassten Betriebssystem auf dem Rechner ablaufen.
Manfred Weck, Christian Brecher
5. Auslegung von Vorschubantrieben
Zusammenfassung
Eine zentrale Aufgabe bei der Auslegung von Vorschubantrieben ist die Wahl bzw. die Dimensionierung des Antriebmotors hinsichtlich der geforderten Kenndaten. Die Bestimmung des Motors geht mit der Festlegung der Übersetzung der mechanischen Getriebekomponenten, wie Zahnrad- bzw. Zahnriemengetriebe, Kugelgewindespindel und Zahnstange-Ritzeltriebe, einher. Durch diese Komponenten wird die Anpassung von Motormoment und -drehzahl an die Anforderungen hinsichtlich Vorschubkraft, -geschwindigkeit und -beschleunigung in weiten Bereichen ermöglicht.
Manfred Weck, Christian Brecher
6. Prozessüberwachung, Prozessregelung, Diagnose und Instandhaltungsmaßnahmen
Zusammenfassung
Neben der Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit ist der Nutzungsgrad eines Fertigungssystems von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung. Produktionsmaschinen werden häufig bis an ihre Grenzen belastet, um eine maximale Produktivität zu erreichen. Daher ist eine Überwachung des Maschinenzustandes und der Prozessstabilität um Hinblick auf eine ausschussfreie Werkstückproduktion unumgänglich. Zur Sicherstellung eines hohen Nutzungsgrades werden daher qualitätssichernde Maßnahmen in zeitlich vorgegebenen Abläufen durchgeführt (s. Kapitel 6.1.1 und Kapitel 6.1.2).
Manfred Weck, Christian Brecher
Backmatter
Metadata
Title
Werkzeugmaschinen 3
Author
Manfred Weck
Copyright Year
2006
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-540-32506-2
Print ISBN
978-3-642-38746-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-540-32506-2