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Simulation im Werkzeugmaschinenbau

Moderne Werkzeugmaschinen sind hochkomplexe mechatronische Systeme mit hohen Anforderungen an Systemdynamik und Robustheit. Durch Systemsimulation können Strukturbauteile, Antrieb und Steuerung bereits in der Entwurfsphase aufeinander abgestimmt und Komponenten gezielt optimiert werden.

Bei der Auslegung der Grundstruktur einer Werkzeugmaschine greifen viele Hersteller heute standardmäßig auf die Topologieoptimierung zurück, um eine möglichst wirtschaftliche Materialverteilung bei hoher Steifigkeit zu erreichen. (Bild: Gebr. Heller Maschinenfabrik)

Von 19. bis 21. Oktober behandelt deswegen auch die Veranstaltung ‚Ansys Conference & 29. Cadfem Users Meeting‘ im Internationalen Congresscenter Stuttgart dieses Thema.

Eine spezifische Session ‚Werkzeugmaschinen‘ können Besucher der Veranstaltung ‚Ansys Conference & 29. Cadfem Users Meeting‘ bereits am 19. Oktober besuchen. Hier sind unter anderem die Gebr. Heller Maschinenfabrik aus Nürtingen sowie Trumpf Werkzeugmaschinen aus Ditzingen mit Beiträgen vertreten; vorgestellt werden nicht nur die eingesetzten Simulationsmethoden innerhalb der Produktentwicklung sondern auch die Anforderungen an die Simulation für die Entwicklungsprozesse von morgen. Auch an den folgenden beiden Tagen finden Entwickler aus dem Maschinenbau ein umfassendes Informationsangebot, bestehend aus Vorträgen aus Forschung und Praxis sowie Kompaktseminaren. Bereits bei der Auslegung der Grundstruktur der Maschine greifen viele Hersteller heute standardmäßig auf die Topologieoptimierung zurück, um eine möglichst wirtschaftliche Materialverteilung bei hoher Steifigkeit zu erreichen. Weitere Aspekte der heutigen Simulationsanwendungen sind die Anpassung der Komponenten Lager und Antrieb hinsichtlich der angestrebten Maschinendynamik.

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Im Rahmen von Forschungsvorhaben setzen sowohl Heller als auch Trumpf auf die Kooperation mit Hochschulinstituten wie dem Werkzeugmaschinenlabor (WZL) in Aachen und dem Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) in Stuttgart. Auch diese präsentieren im Rahmen der Industriesession ihre Forschungen, mit denen die Spitzenstellung des deutschen Werkzeugmaschinenbaus auch zukünftig sichergestellt werden soll.

Rechenzeitverkürzung mit Modellordnungsreduktion
Eine der gemeinsamen Aktivitäten im Verbund Hersteller, Hochschule und Cadfem als Simulationsdienstleister ist das Forschungsvorhaben VispaB (Virtualisierung der spanenden Bearbeitung in der Maschinenentwicklung und der Prozessoptimierung) zur simulationsbasierten Ermittlung von Stabilitätsdiagrammen für repräsentative Zerspanprozesse. Kernelement der gemeinsamen Entwicklung ist hier der Einsatz von Reduktionsmethoden, um die aufwendigen transienten Berechnungen effektiv durchführen zu können.

In der Session ‚Systemsimulation & Multiphysik‘ am 20. Oktober wird unter anderem über die Entwicklung von dynamisch stabilen Werkzeugmaschinen und die Modellordnungsreduktion (MOR) für thermo-elastische Modelle von Gestellstrukturbauteilen an Werkzeugmaschinen berichtet. Beispielsweise können durch das Auftreten regenerativer Ratterschwingungen Schäden an Maschinen, Werkstücken und Werkzeugen entstehen. Mit Hilfe von Simulations-gestützten Entwicklungsprozessen lassen sich virtuelle Prototypen von Werkzeugmaschinen hinsichtlich ihres Stabilitätsverhaltens vergleichen und bewerten.

Bei der thermo-elastischen FE-Modellierung großer Strukturen entstehen allerdings komplexe, rechenintensive Modelle. Folglich ist für eine effiziente Optimierung des Designs sowie für die steuerungsintegrierte Korrektur von thermischen Verformungen eine Verringerung der Rechenzeit ausschlaggebend. Mit Hilfe der Modellordnungsreduktion wird ein Verfahren präsentiert, dass eine Rechenzeitverkürzung bis zu einer Größenordnung von 1000 ermöglicht – und dies bei nur unwesentlichem Genauigkeitsverlust. Das Verfahren wird an einem Z-Schlitten und dem Ständer einer Fräsmaschine demonstriert.

Abgerundet wird das Informationsangebot, das aus mehr als 200 Fachvorträgen und über 25 halbtägigen Kompaktseminaren besteht, von einer großen Fachausstellung. Rund 30 Firmen präsentieren hier ihr Angebot an Software, Hardware und Dienstleistungen rund um die numerische Simulation. Weitere Details finden Interessierte auf der Veranstaltungs-Homepage, unter anderem das vollständige Konferenzprogramm (www.usersmeeting.com/programm). Hilfreich ist, dass sich mit der Branchen-Suchfunktion das jeweils gewünschte Fachgebiet schnell eingrenzen lässt. -co-

Cadfem GmbH, Grafing bei München Tel. 08092/7005-0, http://www.cadfem.de http://www.usersmeeting.com

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