Engineering Industrial Systems

Zeilensprung-Navigation

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