Untersuchung von Methoden zur Zustandsüberwachung von Werkzeugmaschinenachsen mit Kugelgewindetrieb

Der Ausfall mechanischer Komponenten aufgrund von Verschleiß ist eine wesentliche Ursache fOr die Minderung der Produktivität von Werkzeugmaschinen. Insbesondere Kugelgewindetriebe, die trotz der zunehmenden Konkurrenz durch den Linearmotor weiterhin häufig eingesetzt werden, tragen wesentlich hierzu bei. Durch den Einsatz von Diagnosesystemen können sich ändernde Eigenschaften ausfallgefährdeter Komponenten detektiert und Rückschlüsse auf den Zustand gezogen werden. Die Verwendung von solchen Systemen erfordert jedoch in der Regel den Einsatz von zusätzlichen Sensoren, was sich aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen als nachteilig erweist.

Durch den Einsatz von modell basierten Verfahren kann auf den Einsatz zusätzlicher Sensoren verzichtet werden. Ziel der Arbeit war es, Modelle und Methoden zu entwickeln, mit denen der Zustand einer Werkzeugmaschinenachse mit Kugelgewindetrieb überwacht werden kann, um verschleißbedingte Änderungen von Eigenschaften einer Maschinenachse identifizieren zu können. Es hat sich gezeigt, dass Reibung und die Vorspannung des Kugelgewindetriebs die wesentlichen Eigenschaften sind, die sich durch den Verschleiß ändern. Die Zustandsüberwachung einer Werkzeugmaschinenachse mit Kugelgewindetrieb basiert daher auf der Identifikation dieser beiden Eigenschaften.

Für die Überwachung der Steifigkeit wurde ein Modell einer Werkzeugmaschinenachse entwickelt, welches die Vorspannung des Kugelgewindetriebs und ihre Auswirkung auf die Steifigkeit berücksichtigt. Mittels eines speziell entwickelten Verfahrens lassen sich die Parameter des Modells durch Messungen identifizieren, für die ausschließlich Signale verwendet weden, die in der Steuerung einer Werkzeugmaschine ohnehin zur Verfügung stehen. Durch periodische Identifikation der MOdellparameter lässt sich die Steifigkeit der Kugelgewindemutter und somit die Vorspannung des Kugelgewindetriebs überwachen. Die Zustandsüberwachung der Werkzeugmaschinenachse wurde durch eine periodische Identifikation der Reibung ergänzt.

Durch die vorgestellten Verfahren lässt sich der Zustand einer Werkzeugmaschinenachse beurteilen. Mit der Kenntnis des Zustands ist die Wartung und Instandhaltung sowie der Austausch einer Werkzeugmaschinenachse im Schadensfall leichter planbar. Dies reduziert die Stillstandzeiten und erhöht somit die Verfügbarkeit der Maschine. Die Verfahren stellen eine Kostengünstige Möglichkeit dar, den Zustand einer Werkzeugmaschinenachse zu überwachen, ohne zusätzliche Sensoren einbringen zu müssen.