Rechnerunterstützte Auslegung von Vorschubantrieben PDF
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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 Das Werk ist urheberrechtlich geschatzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, ins· besondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugs· weiser Verwendung, vorbehalten. Bei 'krvielfältigungen fOr gewerbliche Zwecke ist gemäß §54 UrhG eine Vergotung an den Verlag zu zahlen, deren Höhe mit dem Verlag zu vereinbaren ist. © Springer· Verlag, Berlin, Heidelberg 1979. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen· und Markenschutz·Gesetzgebung als 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. 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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.
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