Optimierung des X-Schlittens einer Portalmaschine
Aufgabenstellung:
Der zugrunde liegende X-Schlitten einer Portalmaschine hat eine integrierte Werkstück-Drehachse für die werk- stückseitigen Bewegungen bei 5-Achs-Bearbeitung. Die Bearbeitungsgenauigkeit wird durch Verformungen aus Bearbeitungs- und Beschleunigungskräften bei Bewegung des trägen Werkstücks in Verfahrrichtung bestimmt. Diese Verformungen sollen durch Optimierung der Schlittensteifigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der Bauteil- masse reduziert werden.
Leistungen:
Topologieoptimierung bei gleichzeitiger Reduzierung der Bauteilmasse zur Ermittlung der grundlegenden Schlittengeometrie und -außenkontur:
- Optimierung mit Kombination von Bearbeitungs- und Beschleunigungslasten
- Optimierung mit Einzellasten für besseres Ver- ständnis des Strukturverhaltens
- Optimierung mit veränderlichen Lastangriffen
- Darstellung der optimalen Massenverteilungen und Verrippungen
- Analyse der Robustheit des Optimierungsmodells bei Variation der Lastangriffspunkte und Lastver- teilungen
- Ableitung von Geometriemodellen aus den Optimie- rungsergebnissen
- Vergleichende Steifigkeitsanalyse der Geometrie- modelle
- Auswahl eines geeigneten Modells
Designoptimierung des gewählten Geometriemodells:
- Sensitivitätsstudie am Optimierungsmodell zur Ermittlung des relativen Einflusses der Wand- und Rippenstärken auf die Schlittensteifigkeit
- Feinoptimierung von Wand- und Rippenstärken
Ergebnisse:
- Erhöhung der spezifischen (massenbezogenen) Schlittensteifigkeit um 100%
- Designoptimierung liefert endgültige Wand- und Rippenstärken des optimierten Geometriemodells
- Optimiertes Geometriemodell ist auf vereinfachte Grundstruktur reduziert
- Entwicklung einer form-, massen- und steifigkeits- optimalen Schlittengeometrie durch Interaktion von Konstruktion und Berechnung in einer Arbeits- gruppe