Modeling method for simulation of assembly variances

Abstract

High quality machine tools are necessary for industrial production of precise work-pieces. In this work a method is displayed, which allows to monitor and ensure the production of these machine tools with a constant precision and quality. This method is based on measuring of the complete friction of the linear axes by current of the servo motors, which is available in the NC controller. Thereby, a deviation between identical machine tool axes becomes obvious. This deviation allows drawing conclusions on the assembly conditions of components. At the machine tool maker’s production this measurement can be conducted and be used as reference during its life expectancy in order to supervise changes of behavior. The discussed measurements have been conducted at machine tools during start-up and at a test rig with distinct assembly failures. Furthermore, a modeling method for simulation of assembly variations is introduced. By this simulation method effects on friction can be estimated at an early stage of the product development. Hence, critical assembly steps can be determined and assessed during the design phase. This allows an improvement of assembly planning by increase of effort in critical steps, whereas it becomes possible to reduce the effort for noncritical steps.

Qualitativ hochwertige Werkzeugmaschinen sind eine notwendige Bedingung zur präzisen industriellen Fertigung von Bauteilen. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode vorgestellt, mit der die gleichbleibende Genauigkeit und Qualität bei der industriellen Herstellung baugleicher Werkzeugmaschinen überprüft und erreicht werden kann. Diese basiert auf einer Messung der gesamten Reibung der Linearachsen über die Motorströme als in der Steuerung verfügbare Messgröße. Dabei zeigt sich eine deutliche Streuung zwischen einzelnen baugleichen Achsen, die auch Rückschlüsse auf den Einbauzustand einzelner Komponenten erlaubt. Eine solche Messung kann bereits als Referenzmessung beim Maschinenhersteller geschehen und nachfolgend beim Maschinennutzer wiederholt werden, um Veränderungen zu beobachten. Zur Verifizierung wurden sowohl an Werkzeugmaschinen beim Maschinenhersteller als auch an einem Versuchsstand, in den definierte Montagefehler eingebracht wurden, Messungen durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode, die die Modellierung von Montagestreuungen in Simulationsmodellen ermöglicht, vorgestellt. Es wird gezeigt, dass sich mit dieser Methode frühzeitig Aussagen über die Auswirkungen von Motagestreuungen auf die Reibung treffen lassen und sich die Simulation somit für eine erste Beurteilung kritischer Montagevorgänge bereits in der Konstruktionsphase eignet. Dies ermöglicht eine verbesserte Planung der Montage, indem auf die als kritisch identifizierten Schritte mehr Aufwand verwendet werden kann, wohingegen der Aufwand für unkritische Schritte gegebenenfalls reduziert werden kann.