MSC Software Konstruktionszeit im Werkzeugmaschinenbau verkürzen

Im Werkzeugmaschinenbau werden immer höhere Anforderungen an die Bauteilqualität und Maßhaltigkeit der Werkstücke gestellt. Kosten müssen reduziert, Produktivität und Automatisierung erhöht werden. Simulation kann helfen, vorhandene Potenziale zu heben und die Zeit bis zum Produktionsanlauf zu verkürzen.

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Um schnelle, aber kontrollierte Bewegungen im Werkzeugmaschinenbau zu garantieren, müssen genaue Leistungsparameter erfüllt werden. Dazu gehören niedrige Werte für das Spiel der Zahnräder zur genauen Positionierung oder eine sinnvolle Dimensionierung der Systembauteile im Verhältnis zu den mechanischen Spannungen, denen die Bauteile ausgesetzt sind. Dabei kann Simulation helfen, vorhandene Potenziale zu heben und die Zeit bis zum Produktionsanlauf zu verkürzen.

Zu den gängigen Simulationsmethoden gehören die Finite-Elemente-(FE-)-Analyse und die Mehrkörpersimulation. Mit der FE-Analyse simulieren Ingenieure die Eigenschaften von Objekten und untersuchen Bauteileigenschaften. Bei der Mehrkörpersimulation werden Bewegungsvorgänge von Bauteilen und die daraus resultierenden dynamischen Größen betrachtet. Um bei Berechnungen realistische Ergebnisse zu erhalten, müssen beide Disziplinen gekoppelt werden.

Kopplung von Strukturanalyse und Mehrkörpersimulation

Um die Positioniergenauigkeit des Zuführautomaten einer Feinstanzpresse zu berechnen (Bild 1), werden Strukturanalyse und Mehrkörpersimulation gekoppelt. Das Schweizer Unternehmen Bytics Engineering AG hat einen Zuführautomaten im Auftrag der Hydrel GmbH berechnet. Hydrel nimmt als Landesgesellschaft der Schaeffler-Gruppe die technische Beratung und den Vertrieb der INA- und FAG-Wälzlager und -Linearführungen in der Schweiz wahr. Ein weiterer Geschäftsbereich des Unternehmens ist die Herstellung und der Vertrieb von Feinschnitt-Teilen.

Zum Einsatz bei der Berechnung kamen die Programme MSC Nastran und Adams des Softwareherstellers MSC Software. MSC Nastran ist ein Solver für multidisziplinäre Simulationen sowie lineare und nicht lineare Strukturanalysen in den Bereichen Statik, Dynamik und Akustik. Adams ist eine Mehrkörpersimulationssoftware für die Analyse mechanischer Systeme.

Die Anforderung an Bytics war, dass der Zuführautomat das Werkstück mit einer Genauigkeit von ±0,05 mm positioniert. Für die Berechnung waren zwei Teile relevant: der Support und der Einleger, der das Werkstück greift. In einer herkömmlichen, ungekoppelten Rechnung würde man diese Teile getrennt betrachten. Der Support würde als elastisches System mit der FE-Methode und der Einleger als angetriebenes bewegliches System mit der Mehrkörpersimulation berechnet werden. In einer gekoppelten Rechnung kann man beide Teile zusammen betrachten und alle gegenseitigen Einflüsse berücksichtigen.

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