Dipl.-Ing. Sven Gleich

Simulation des thermischen Verhaltens spanender Werkzeugmaschinen in der Entwurfsphase

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Kurzfassung in Deutsch

Steigende Anforderungen an die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen sind nicht mehr
allein durch die Verbesserung des statischen und dynamischen Verhaltens zu erfüllen.
Die Simulation des thermischen Verhaltens kann bereits in frühen Phasen der
Produktentwicklung entscheidende Hinweise zur Gestaltung des Maschinenentwurfes
geben. Die Arbeit beschreibt die Methodik und Umsetzung eines Simulationswerkzeuges
aufbauend auf Programmen der Finite-Elemente-Analyse. Neben der Modellierung
von Antriebs- und Gestellkomponenten wird auf deren Kopplung eingegangen. Thermische
Lasten durch Hauptantrieb, Nebenantrieb und Zerspanungsprozess werden dargestellt.
Mit der Berücksichtigung konvektiver Randbedingungen als funktionaler Zusammenhang
wird die Genauigkeit der Simulation gesteigert. Möglichkeiten zur Abbildung
von Aufstellbedingungen und Temperaturschwankungen der Umgebung werden aufgezeigt.
Hinweise zur Einbindung von thermischen Kompensationsmaßnahmen runden
das Konzept ab. Anhand eines Demonstrators werden der theoretische und praktische
Nachweis der Funktionsfähigkeit erbracht.

Kurzfassung in Englisch

Simulation of the thermal behavior of cutting machine tools during the conceptual stage

Greater demands in the accuracy of machine tools can no longer be achieved by improved
static and dynamic functions alone. The simulation of thermal behavior can provide
essential information for the machine’s design concept at the earliest stages of product
development. This thesis describes methodology and implementation of a simulation
tool, based on software utilizing finite element analysis. In addition to the modeling of
drives and base components, the work focuses on coupling different sub-components.
Heat sources of the main drive, feed drives and cutting process are described. Greater
accuracy is obtained by the implementation of convection as a functional process
in the simulation. Methods of implementing working area conditions and temperature
deviations in the environment are illustrated. Finally, steps for incorporation of a thermal
compensation mechanism are included to complete the concept. The workflow applied
to a demonstration structure validates the theoretical background and demonstrates the
functionality of the thesis.

Kurzfassung in Russisch

Моделирование температурных характеристик металлорежущих станков на этапе разработки

В настоящее время растущие требования к точности металлорежущих станков обеспечиваются не только улучшением их статических и динамических параметров. Моделирование температурных характеристик на ранних стадиях проектирования может задать определяющее направление для всего процесса разработки и производства металлорежущего станка. Данная работа описывает методику и реализацию средств симуляции, основанных на программе анализа конечных элементов. Кроме моделирования звеньев привода и неподвижных звеньев станка на них также наложены связи. Показаны температурные воздействия от главного и вспомогательного приводов, а также непосредственно от самого процесса резания. Введение учета конвекционных граничных условий как функциональной связи улучшает точность моделирования. Представлены способы для отображения начальных условий и температурных изменений среды. Концепцию завершают указания для учета термокомпенсаций. Изложены доказательства теоретической и практической применимости.

weitere Metadaten

Schlagwörter
thermisches Verhalten
SWD SchlagworteComputersimulation
SWD SchlagworteFinite-Elemente-Methode
SWD SchlagworteSpanende Werkzeugmaschine
SWD SchlagworteTemperaturabhängigkeit
DDC Klassifikation620
Institution(en) 
HochschuleTU Chemnitz
FakultätFakultät für Maschinenbau
InstitutionZwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten
BetreuerProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. Reimund Neugebauer
GutachterProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. Reimund Neugebauer
Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh
Dr.-Ing. Frank Brinken
HerausgeberProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. Reimund Neugebauer
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)22.02.2008
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung17.10.2008
Veröffentlichungsdatum (online)30.06.2009
persistente URNurn:nbn:de:bsz:ch1-200900532

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