Thermo-energetic Design of Machine Tools: A Systemic Approach to Solve the Conflict Between Power Efficiency, Accuracy and Productivity Demonstrated at the Example of Machining Production

رویکرد راه حل در CRC/TR 96 که توسط بنیاد تحقیقات آلمانی DFG تامین می شود، با هدف اقداماتی است که اجازه می دهد دقت تولید در شرایط ناپایدار حرارتی با افزایش بهره وری، بدون نیاز به انرژی اضافی حفظ شود. معتدل کردن چالش تحقیق در CRC/TR 96 ناشی از تلاش برای برآورده کردن اهداف متناقض کاهش مصرف انرژی و افزایش دقت و بهره‌وری در ماشین‌کاری است.

در تحقیق فعلی که در 19 پروژه فرعی در محدوده CRC/TR 96، راه‌حل‌های اصلاح و جبرانی که بر رفتار ماشین ابزار الاستیک ترمو الاستیک تأثیر می‌گذارند و در امتداد زنجیره عملکردی ترمو الاستیک جهت‌گیری می‌کنند، بررسی و اجرا می‌شوند. به عنوان بخشی از این هدف کلی، موضوعات زیر باید در یک محیط بین رشته‌ای مورد تحقیق و مهندسی قرار گیرند و در راه حل‌های کلی مفید گرد هم آیند:

1. ارائه مبانی مدل‌سازی برای محاسبه شارهای حرارتی و تغییر شکل‌های ترموالاستیک حاصله به روشی جامع،

2. نگاشت تغییرپذیری ساختاری در نتیجه حرکت نسبی در داخل ماشین ابزار،

3. فراهم کردن ابزارهایی برای تنظیم کارآمد پارامترهایی که از نظر زمانی و مکانی بسیار متفاوت هستند با استفاده از روش های شناسایی پارامتر به عنوان پیش نیاز راه حل های اصلاح و جبران،

4. مهندسی و نشان دادن راه‌حل‌هایی برای اصلاح یکپارچه کنترل خطاهای ترمو الاستیک با جبران نقطه تنظیم موقعیت معکوس خطا در TCP،

5. مهندسی و نمایش راه‌حل‌هایی بر اساس خواص مواد برای جبران اثرات ترموالاستیک از طریق انتشار همگن میدان دما، و همچنین کاهش و هموارسازی توزیع گرمای پراکنده شده در سازه‌های نگهدارنده،

6. توسعه مبانی مترولوژیکی برای ثبت خطاهای ترمو الاستیک در مناطق ساختاری ویژه ماشین ابزار،

7. مهندسی یک رویکرد روش شناختی برای ارزیابی همزمان و پیچیده راه حل های CRC/TR 96، با اشاره به تاثیر آنها بر کیفیت محصول، نرخ تولید، مصرف انرژی و هزینه های ماشین ابزار

</ p>

The approach to the solution within the CRC/TR 96 financed by the German Research Foundation DFG aims at measures that will allow manufacturing accuracy to be maintained under thermally unstable conditions with increased productivity, without an additional demand for energy for tempering. The challenge of research in the CRC/TR 96 derives from the attempt to satisfy the conflicting goals of reducing energy consumption and increasing accuracy and productivity in machining.

In the current research performed in 19 subprojects within the scope of the CRC/TR 96, correction and compensation solutions that influence the thermo-elastic machine tool behaviour efficiently and are oriented along the thermo-elastic functional chain are explored and implemented. As part of this general objective, the following issues must be researched and engineered in an interdisciplinary setting and brought together into useful overall solutions:

1. Providing the modelling fundamentals to calculate the heat fluxes and the resulting thermo-elastic deformations in a comprehensive manner,

2. Mapping of the structural variability as a result of the relative movement inside the machine tool,

3. Providing the tools for an efficient adjustment of parameters that vary greatly in time and space by means of parameter identification methods as a prerequisite for correction and compensation solutions,

4. Engineering and demonstrating solutions to control-integrated correction of thermo-elastic errors by an inverse position setpoint compensation of the error at the TCP,

5. Engineering and demonstrating solutions based on the material properties to compensate for thermo-elastic effects through a homogeneous propagation of the temperature field, as well as reducing and smoothing the distribution of heat dissipated in supporting structures,

6. Developing metrological fundamentals to record the thermo-elastic errors in special structural areas of machine tools,

7. Engineering a methodological approach to simultaneous and complex evaluation of the CRC/TR 96 solutions, referring to their impact on product quality, production rate, energy consumption and machine tool costs