Rechnerunterstützte Auslegung von Vorschubantrieben

114 Pages·1979·2.88 MB·German

by  K.-H. Böbel (auth.)

ISW 30
Berichte aus dem Institut fOr Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
der Universität Stuttgart
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. G. Stute
K.-H. BäBEl
Rechnerunterstützte Auslegung
von Vorschubantrieben
Springer-Verlag
Berlin . Heidelberg . New York 1979
093
Mit 63 Abbildungen
ISBN 978-3-540-09602-3 ISBN 978-3-642-52203-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52203-1
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frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dOrften.
2362/3020 - 543210
Geleitwort des Herausgebers
Das Institut fOr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich
tungen der Universität Stuttgart befaßt sich mit den neuen Entwicklungen der
Werkzeugmaschine und anderen Fertigungseinrichtungen, die insbesondere durch
den erhöhten Anteil der Steuerungstechnik an den Gesamtanlagen gekennzeichnet
sind. Dabei stehen die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine In Programmie
rung, Steuerung, Konstruktion und Arbeitseinsatz sowie die vermehrte Verwen
dung des Digitalrechners in Konstruktion und Fertigung im Vordergrund des In
teresses.
Im Rahmen dieser Buchreihe sollen in zwangloser Folge drei bis fOnf Berichte pro
Jahr erscheinen, in welchen Ober einzelne Forschungsarbeiten berichtet wird. Vor
zugsweise kommen hierbei Forschungsergebnisse, Dissertationen, Vorlesungsmanu
skripte und Seminarausarbeitungen zur Veröffentlichung.
Diese Berichte sollen dem in der Praxis stehenden Ingenieur zur Weiterbildung
dienen und helfen, Aufgaben auf diesem Gebiet der Steuerungstechnik zu lösen.
Der Studierende kann mit diesen Berichten sein Wissen vertiefen.
Unter dem Gesichtspunkt einer schnellen und kostengonstigen Drucklegung wird
auf besondere Ausstattung verzichtet und die Buchreihe im Fotodruck hergestellt.
Der Herausgeber dankt dem Springer-Verlag fOr Hinweise zur äußeren Gestaltung
und Übernahme des Buchvertriebs.
Gottfried Stute
-5-
Inhaltsverzeichnis
Seite
Schrifttum 8
Formelzeichen und Abkürzungen 13
1 Einleitung und Aufgabenstellung 19
2 Stand der Technik bei Vorschubantrieben 21
2.1 Aufgaben eines Vorschubantriebs 21
2.2 Aufbau von Vorschubantrieben 22
2.2.1 Struktur 22
2.2.2 Bauteilevarianten des drehzahlgeregelten 24
Vorschubmotors
2.2.3 Bauteilevarianten der mechanischen 25
Übertragungsglieder
3 Die konventionelle Auslegung von geregelten 27
elektrischen Vorschubmotoren
Verwendete Dimensionierungsrichtlinien 27
~längel der Auslegung 31
3.3 ~laßnahmen zur Verbesserung der Auslegung 32
4 Bestimmung der Anforderungen an geregelte 34
elektrische Vorschubmotoren
4.1 Anforderungen im statischen Betrieb 34
4.1.1 Motordrehzahlen 34
4.1.2 Motorbelastung 35
4.1.2.1 Das Widerstandsmoment 35
4.1.2.2 Das effektive ~lotormoment 40
4.2 Anforderungen im dynamischen Betrieb 46
4.3 Zusammenfassung 51
-6-
5 Entwicklung geeigneter Berechnungsmethoden 52
und Auswahlkriterien für das Rechenmodell
5.1 Die Struktur des Rechenmodells 52
5.2 Das statische Berechnungsmodell 55
5.2.1 Das Grobmodell 55
5.2.2 Das Feinmodell 55
Die Ermittlung der Kenngrößen des Erwärmungs 58
modells
Das dynamische Berechnungsmodell 60
Das Feinmodell 61
5.3.1.1 Verhalten von Motor und Verstärker 62
5.3.1.2 Verhalten des drehzahlgeregelten Vorschubmotors 64
Das Grobmodell 66
Die Ermittlung der Kenngrößen für das 67
dynamische Modell
5.3.3.1 Bestimmung der Kennkreisfrequenz bei reiner 69
Drehzahlregelung
5.3.3.2 Bestimmung der Kennkreisfrequenz bei 73
unterlagertem Stromregelkreis
5.3.3.3 Kennkreisfrequenz bei Strombegrenzung 74
Einflüsse der mechanischen Übertragungs 76
glieder auf das Rechenmodell
5.3.4.1 Bedingungen für das Übertragungsverhalten 76
5.3.4.2 Einfluß des Massenträgheitsmomentes auf 78
die Kennkreisfrequenz
5.4 Verhaltensprüfungen und Auswahl 81
5.5 Zusammenfassung 84
6 Das realisierte Programmiersystem 85
6.1 Gestaltung der Eingabe 85
-7-
6.2 Realisierung des Rechenmodells 88
6.3 Beschreibung des Gesamtaufbaus 92
6.4 Vergleich mit der konventionellen Auslegungs 93
methode
7 Integration des realisierten Programmiersystems 95
in ein Programmsystem zur Auslegung des
gesamten Vorschubantriebs
8 Zusammenfassung 99
9 Anhang - Beispiel einer Vorschubmotorenauswahl 101
mit dem Programmiersystem REKONE
-8-
Schrifttum
/ 1/ Opitz, H. Rationalisierung der Entwurfs- und
Everling, W. Konstruktionsarbeiten in der Ma
Stotko, E.C. schinenindustrie.
Groebler, J. Dortmund: Verkehrs und Wirtschafts
verlag, 1966.
/ 2/ VDI 2210 Datenverarbeitung in der Konstruk
tion. Analyse des Konstruktions
prozesses im Hinblick auf den EDV
Einsatz.
Entwurf Nov. 1975.
/ 3/ Herold, H.H. Die numerische Steuerung in der
Maßberg, W. Fertigungstechnik.
Stute, G. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1971.
/ 4/ Boelke, K. Verhalten elektrischer und elektro
hydraulischer Vorschubantriebe für
bahngesteuerte Werkzeugmaschinen.
wt-Z. ind. Fertig. 64 (1974),
S. 687 ..• 693.
/ 5/ Stute, G. Die Lageregelung an Werkzeugma
u.a. schinen.
Stuttgart: ~SW-Selbstverlag, 1975.
/ 6/ Stute, G. Die Lageregelung an Werkzeugma
u.a. schinen.
Stuttgart: ISW-Selbstverlag, 1979.
/ 7/ Hilmer, H. Rechnerunterstützte Auslegung und
Berechnung von Kugelgewindespin
deln.
Gräfelfing: Technischer Verlag
Resch KG, 1978.
/ 8/ Filter, G. Rechnerunterstütztes Konstruieren
von Werkzeugmaschinengeradfüh
rungen.
Gräfelfing: Technischer Verlag
Resch KG, 1978.
-9-
/ 9/ Kopperschläger, über die Auslegung mechanischer
F.D. übertragungselemente an numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschinen.
Aachen: Dr.-Ing.-Diss. 1976.
/10/ Kümmel, F. Elektrische Antriebstechnik.
Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag, 1965.
/11/ VDE 0530 Bestimmungen für elektrische
Maschinen.
/12/ Opitz, H. Auslegung von Vorschubantrieben
für NC-Maschinen.
Bericht über die VDW-Konstrukteur
Arbeitstagung 1969.
/13/ Schmid, D. Beitrag zur Auslegung numerischer
Steuerungen.
Berlin, Heidelberg, New-York:
Springer-Verlag, 1972.
/14/ Hütte IV, Elektrotechnik Teil A.
Berlin: Verlag Wilhelm Ernst &
Sohn, 1957.
/15/ Bederke, Elektrische Antriebe und Steue
Ptassek, rungen.
Rothenbach, Stuttgart: B.G. Teubner Verlag,
Vaske 1969.
/16/ Kienzle, O. Die Bestimmung von Kräften und Lei
stungen an spanenden Werkzeugen
und Werkzeugmaschinen.
z.
VDI 94 (1952), S. 229.
/17/ Meyer, K.F. Vorschub- und Rückkräfte beim Dre
hen mit Hartmetallwerkzeugen.
Aachen: Dr.-Ing.-Diss. 1963.
-10-
/18/ Nusser, G. Berechnung der Vorschubkraft beim
Stirnfräsen.
Maschinenmarkt 76 (1970) Nr. 10,
S. 175 ••• 179.
/19/ Stute, G. Die Entwicklung der Steuerungstech
nik unter dem Einfluß der Bauele
mente.
wt-Z. ind. Fertig. 66 (1976),
S. 683 ••• 690.
/20/ VDI 3427 Dynamisches Verhalten von nume
rischen Bahnsteuerungen an Werk
zeugmaschinen.
Entwurf Juni 1975.
/21/ Boelke, K. Beitrag zur Analyse und Beurteilung
von Lagesteuerungen für numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschinen.
Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag, 1977.
/22/ Stof, P. Untersuchung von Möglichkeiten zur
Reduzierung dynamischer Bahnab
weichungen bei numerisch gesteuer
ten Werkzeugmaschinen.
Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag, 1978.
/23/ Hak, J. Wärmequellen-Netze elektrischer
Maschinen.
Elektrotechnik und Maschinenbau 76
(1958), S. 236 ••• 242.
/24/ Gotter, G. Erwärmung und Kühlung elektrischer
Maschinen.
Berlin, Göttingen, Heidelberg:
Springer-Verlag, 1954.
/25/ Stute, G. Untersuchung über die Verwendbar
Stof, P. keit von Gleichstrommaschinen als
Vorschubantriebe für numerisch ge
steuerte Werkzeugmaschinen.
VDW-Bericht 1003, 1974.
-11-
/26/ Kessler, A. Analyse meßtechnisch ermittelter
Erwärmungs- und AbkÜhlungskurven
elektrischer Maschinen.
Acta Technica (1964) Nr. 4,
S.347 ••• 377.
/27/ Wolters, P. Rechnerunterstützte Dimensionierung
von Vorschubantrieben für numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschinen.
Aachen: Dr.-Ing.-Diss. 1976.
/28/ N.N. Elektrische Vorschubantriebe für
Werkzeugmaschinen.
Erlangen: Siemens-Verlag
erscheint demnächst.
/29/ Gevatter, H. Dynamisches Verhalten elektronisch
gespeister Gleichstrom-Servomoto
ren.
Regelungstechnik und Prozeß-Daten
verarbeitung 21 (1973) H.1,
S. 17 ••• 24.
/30/ Niemann, G. Maschinenelemente 11.
Berlin, Göttingen, Heidelberg:
Springer-Verlag, 1965.
/31/ Stute, G. Rechnerunterstützte Konstruktion
Ackermann, u. geregelter elektrischer Vorschub
Böbel, K.H. antriebe.
Karlsruhe: KFK-CAD 21, 1977.
/32/ Eitel, H. Beitrag zur numerischen Verarbei
tung eines geometrischen Werkstück
beschreibungssystems.
Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag, 1973.
/33/ Jentsch, W. Digitale Simulation.
}1ünchen, Wien: R. Oldenbourg Ver
lag, 1969.