Lagegeregelte Bewegungsachsen finden sich in nahezu allen aktuellen Werkzeug‐ und Produktionsmaschinen. Um eine hohe Qualität der hergestellten Produkte bei gleichzeitig möglichst hoher Effizienz sicherzustellen muss die Regelung der Bewegungsachsen genau auf das Regelstreckenverhalten abgestimmt sein. Informationen über die Regelstrecken können mit Verfahren der Identifikation ermittelt werden. Neben der Reglerparametrierung sind diese Informationen ebenfalls für Mechanismen der Maschinenüberwachung relevant, bei denen Fehlerzustände in den Maschinen und Anlagen (modellbasiert) frühzeitig erkannt werden sollen. Neben den Identifikationsmechanismen, welche derzeit im Bereich der Werkzeugmaschinen vorherrschend sind und meist auf Testsignalen basieren, können mit nichtinvasive Ansätzen wesentliche Parameter bestimmt werden, ohne in den Produktionsprozess einzugreifen zu müssen. Im vorliegend Beitrag wird dargestellt, wie derartige Verfahren im Umfeld der Werkzeugmaschine Anwendung finden können. Nach einer Einleitung wird im Beitrag der Stand der Technik zur Identifikation von Regelstreckenparametern an Bewegungsachsen beleuchtet. Das Hauptaugenmerk liegt dabei in der Unterscheidung von invasiven (Verfahren mit Testsignalen) und nichtinvasiven Identifikationsverfahren (ohne Testsignale). Aufbauend auf den Erkenntnissen der Literaturrecherche wird das eigene Vorgehen hinsichtlich Wahl der Modellstruktur und des Identifikationsverfahrens erläutert. Ausführungen zur Anregungsdetektion, gezielten Einflussnahe auf die Parameterschätzung, Fehlerbewertung und dem Einsatz der simulationsbasierten Optimierung schließen die theoretischen Betrachtungen zum Forschungsthema ab. Die erzielten Ergebnisse werden in einem weiteren Kapitel anhand eines Laborversuchsstandes und einer Werkzeugmaschine illustriert. Der letzte Abschnitt gibt eine Zusammenfassung des Forschungsvorhabens und erläutert zukünftige Schritte auf diesem Gebiet.

Ausgangspunkt der hier vorgestellten Entwicklungen ist eine am ICM – Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V. entwickelte adaptronische Werkzeugmaschinen-Hauptspindel zur variablen Einstellung der Lagervorspannkräfte. Diese neuartige Werkzeugmaschinenspindel bietet Anwendungspotentiale in den Bereichen: verbessertes Hochdrehverhalten, erhöhte Flexibilität des Bearbeitungsspektrums, Lebensdauererhöhung der Wälzlager durch verbessertes Bohr-Roll-Verhältnis sowie einer optimierten Spindeldynamik durch gezielte Verschiebung der Eigenfrequenzen. Ziel war die Entwicklung einer möglichst dynamischen und genauen Ansteuerung des in der Hauptspindel enthaltenen hydraulischen Vorspannelementes. Dieser Beitrag fasst das Vorgehen und die bisherigen Ergebnisse zusammen. Auf die Eigenentwicklung eines hydraulischen Aktuators sollte verzichtet werden, sodass die Ansteuerung über ein direktgesteuertes Regelventil erfolgt. Mit einer einfachen Druckregelung mit PID-Regler konnten nur unzureichende Ergebnisse hinsichtlich Dynamik und Regelkreisstabilität erzielt werden. Hinzu kommt die geringe Genauigkeit der Krafteinstellung bei Anwendung einer einfachen Druckregelung. Zur Verbesserung der Ansteuerungsdynamik und -genauigkeit des Vorspannelementes sollten erweiterte Regelungsstrukturen zur Anwendung kommen. Im Projekt wurde hierzu ein modellbasierter Regler entwickelt und in einer dem Experiment vorgelagerten Untersuchung an einem Systemsimulationsmodell getestet und optimiert. Ausgangspunkt für die simulationsgestützte Reglerauslegung war die Entwicklung eines Regelstreckenmodells in SimulationX. Die Modellentwicklung umfasste den Vergleich zweier grundlegender Modellierungsansätze, eines bidirektionalen Modells mit einem linearen Signalflussmodell hinsichtlich Modellgenauigkeit und Rechenperformance. Zur Untersuchung der Reglerfunktionalität sowie zur Optimierung der Reglerparameter wurde die in SimulationX vorhandene COM-Schnittstelle genutzt und eine vereinfachte Optimierungsfunktion in Matlab umgesetzt. Für die experimentelle Validierung des Ansteuerungssystems wurde die entwickelte modellbasierte Reglervorsteuerung in der Programmierumgebung LabView umgesetzt. Erste Tests erfolgten zunächst an der stehenden Hauptspindel. Diese zeigten ein sehr dynamisches und stabiles Regelungsverhalten, sodass neben einfachen Sprungvorhaben auch Trajektorienvorgaben mit hoher Dynamik geregelt werden können. Es konnte eine deutliche Verbesserung gegenüber der zu Beginn vorhandenen einfachen Druckregelung erzielt werden. Umfangreichere experimentelle Untersuchungen an der drehenden Spindel für unterschiedliche Regelungs- und Bearbeitungsszenarien sollen in Zukunft durchgeführt werden. Dabei stehen vor allem die Verkürzung der Hochdrehzeiten für Bearbeitungsprozesse mit geringer Lagervorspannung sowie die anwendungsspezifische Optimierung der Spindeldynamik durch Eigenfrequenzverschiebungen im Vordergrund. / The starting point of the developments presented here is an adaptronic machine tool main spindle developed at the ICM - Institute Chemnitz Machine and Plant Construction e.V. for variable adjustment of the bearing preload forces. This new type of machine tool spindle offers application potential in the areas of: improved high-speed behavior, increased flexibility of the machining spectrum, increased service life of the roller bearings through improved drilling-rolling ratio and optimized spindle dynamics through targeted shifting of the natural frequencies. The aim was to develop the most dynamic and precise control possible for the hydraulic pretensioning element contained in the main spindle. This article summarizes the procedure and the results so far. The in-house development of a hydraulic actuator should be avoided, so that the control takes place via a directly controlled control valve. With a simple pressure control with a PID controller, only insufficient results could be achieved in terms of dynamics and control loop stability. Added to this is the low accuracy of the force setting when using a simple pressure control. Extended control structures should be used to improve the control dynamics and accuracy of the preload element. For this purpose, a model-based controller was developed in the project and tested and optimized on a system simulation model in an investigation prior to the experiment. The starting point for the simulation-based controller design was the development of a controlled system model in SimulationX. The model development included the comparison of two basic modeling approaches, a bidirectional model with a linear signal flow model in terms of model accuracy and computational performance. The COM interface available in SimulationX was used to examine the controller functionality and to optimize the controller parameters, and a simplified optimization function was implemented in Matlab. For the experimental validation of the control system, the developed model-based controller pre-control was implemented in the LabView programming environment. The first tests were initially carried out on the stationary main spindle. These showed a very dynamic and stable control behavior, so that in addition to simple jump projects, trajectory specifications can also be controlled with high dynamics. A clear improvement could be achieved compared to the simple pressure control that was available at the beginning. More extensive experimental investigations on the rotating spindle for different control and processing scenarios are to be carried out in the future. The main focus here is on reducing the ramp-up times for machining processes with low bearing preload and the application-specific optimization of the spindle dynamics through natural frequency shifts.

Machining chatter is an undesirable phenomenon of material removal processes and hardly to control or avoid. Its occurrence and extent essentially depend onthe kinematic, which alters with the position of the Tool Centre Point, of the machine tool. Research as to chatter was done widely but rarely with respect to changing structural dynamics during manufacturing. This thesis applies intelligent methods to learn the underlying functions of modal parameters – natural frequency, damping ratio, and mode shape – and defines the dynamic properties of a system firstly at this extent. To do so, it embraces three steps: first, the elaboration of the necessary dynamic parameters, second, the acquisition of the data via a simulation,and third, the prediction of the modal parameters with two kinds of Machine Learning techniques: Gradient Boosting Machine and Multilayer Perceptron. In total, it investigates three types of kinematics: cross bed, gantry, and overhead gantry. It becomes apparent that Light Gradient Boosting Machine outperforms Multilayer Perceptron throughout all studies. It achieves a prediction error of at most 1.7 % for natural frequency and damping ratio for all kinematics. However, it cannot really control the prediction of the participation factor yet which might originate in the complexity of the data and the data size. As expected, the error rises with noisy data and less amount of measurement points but at a tenable extent for both natural frequency and damping ratio. / 'Bearbetningsvibrationer är ett oönskat fenomen i materialborttagningsprocesser och är svåra att kontrollera eller undvika. Dess förekomst och omfattning beror i huvudsak på kinematiken, som förändras med positionen för verktygets centrumpunkt på verktygsmaskinen. Det har gjorts mycket forskning om bearbetningsvibrationer, men sällan om förändrad strukturell dynamik under tillverkningen. I denna avhandling tillämpas intelligenta metoder för att lära sig de underliggande funktionerna hos modalparametrar – egenfrekvens, dämpningsgrad och modalform – och definierar systemets dynamiska egenskaper för första gången i denna omfattning. För att göra detta omfattar den tre steg: för det första utarbetandet av de nödvändiga dynamiska parametrarna, för det andra insamling av data via en simulering och för det tredje förutsägelse av modalparametrarna med hjälp av två typer av tekniker för maskininlärning: Gradient Boosting Machine och Multilayer Perceptron. Sammanlagt undersöks tre typer av kinematik: crossbed, gantry och overhead gantry. Det framgår tydligt att Light Gradient Boosting Machine överträffar Multilayer Perceptron i alla studier. Den uppnår ett prediktionsfel på högst 1,7 % för egenfrekvens och dämpningsförhållande för alla kinematiker. Den kan dock ännu inte riktigt kontrollera förutsägelsen av deltagarfaktorn, vilket kan bero på datans komplexitet och datastorlek. Som väntat ökar felet med bullrig data och färre mätpunkter, men i en acceptabel omfattning för både naturfrekvens och dämpningsförhållande.

Der wirtschaftliche Erfolg von Unternehmen der Mobilfunkbranche wird nicht nur durch die zuverlässige Bereitstellung von Diensten und die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle, sondern auch durch die Planung, Errichtung und Unterhaltung qualitativ hochwertiger und kosteneffizienter Funknetzinfrastrukturen bestimmt. Angesichts eines rasanten technischen Fortschritts, der Veränderung von Kundenansprüchen sowie der Komplexität und Langlebigkeit der Funknetze stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund wird zur Sicherstellung einer langfristigen Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur im Rahmen der Arbeit ein aus drei miteinander verzahnten Bausteinen bestehendes Modellierungs- und Managementkonzept zur Analyse und Gestaltung der Lebenszykluskosten von Funknetzinfrastrukturen entwickelt. Den ersten Baustein repräsentieren Entscheidungsmodell(system)e, deren Bildung und Auswertung sich zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen bei komplexen, infrastrukturbezogenen Problemstellungen eignet. Ansätze eines lebenszyklusorientierten Target Costing für die Infrastruktur von Funknetzen als zweiter Baustein tragen zum Aufdecken von Kostensenkungspotenzialen bei und liefern Ansatzpunkte zur marktgerechten Gestaltung der Infrastruktur. Die erfolgreiche Anwendung des Konzepts unterstützen Ansätze bzw. IT-Lösungen zur Bereitstellung zeit- und sachgerechter Informationen (dritter Baustein). Schließlich wird die Anwendbarkeit des Konzepts auf praxisbezogene Fragestellungen demonstriert sowie die Transferierbarkeit der Erkenntnisse auf weitere komplexe technische Systeme, hier Werkzeugmaschinen, geprüft. / The economic success of companies in the mobile communications industry is determined not only by a reliable provision of services and by the development of innovative business models, but also by the planning, construction, operation and maintenance of high quality and cost-effective radio network infrastructures. This represents an enormous challenge in view of rapid technological progress, changes in customer requirements as well as complexity and longevity of radio networks. Against this background and in order to ensure a long-term cost-effectiveness of infrastructure, a modeling and management concept that allows to analyze and to influence the life cycle costs of radio network infrastructures is developed. This concept consists of three interlinked components. (Systems of) Decision models represent the first component. They are suitable for preparing decision-making about investments in view of complex, infrastructure-related (decision) problems. Approaches of a life cycle oriented target costing for radio network infrastructures as the second component make cost reduction potentials accessible and provide starting points for the market-driven design of infrastructure. The successful application of the concept is supported by IT solutions, which provide appropriate information (third component). Finally, the practical use of the concept is demonstrated and it is investigated whether findings are transferable to other complex technical systems – here machine tools.

<p>У првом, уводном поглављу представљени су циљеви истраживања, хипотезе и примјењена методологија истраживања. У овом поглављу дат је приказ досадашњих истраживања у сљедећим областима: пројектовање виртуалних машина алатки, савремене методе моделовања и симулације у идентификацији понашања машина алатки примјеном метода коначних елемената, те примјена редукција реда модела у пројектовању машина алатки.<br />У другом поглављу дате су теоријске основе методе редукције реда модела. При анализи система који имају велики број чворова (под велики број чворова се подразумјева 105 - 106 чворова, па и више) вријеме потребно за извођење симулација, али и потребне карактеристике рачунара на ком се изводи анализа могу представљати значајан проблем, поготово првим фазама процеса пројектовања када су честе измјене пројектоване структуре.</p><p>Технике редукције реда, односно редукције броја степени слободе МКЕ модела, подразумјевају да се системи добијени примјеном метода коначних елемената замјене редукованим системима, (системима првог реда), који са довољном тачношћу описује динамичко понашање посматраног система. Након што се систем преведе у простор стања, даље се врши модална редукција, гдје се на бази утврђених критеријума селектује потребан број модова. У овом поглављу за рангирање модова користе се два критеријума: појачање у максимуму и појачање на нултој фреквенцији, односно критеријум балансираних редукција.<br />У оквиру трећег поглавља описана је процедура извођења експерименталне модалне анализе и утврђивања модалних параметара, релативног коефицијента пригушења, сопствених фреквенција осциловања, модалне масе, модалне крутости, вискозног пригушења и облика осциловања. Приказани су принципи аквизиције података при извођењу експерименталне модалне анализе и дат приказ кориштене аквизиционе и мјерне опреме. На примјеру греде константног кружног попречног пресјека приказан је аналитички начин утвррђивања модалних параметара на основу Ојлер &ndash; Бернулијеве теорије греда, те модална анализа у временском домену примјеном АRX директне методе утврђивања модалних параметара, те дато поређење добијених резултата.</p><p>У четвртом поглављу описана је проблематика аналитичког одређивања преносне функције на примјеру греде промјењивог кружног попречног пресјека (тростепеног цилиндра).<br />У петом поглављу анализира се динамичко понашање склопа главног вретена модула радне јединице (јединице пиноле), за које су одређени математички модел динамичког<br />понашања, те потом извршена нумеричка и експериментална верификација добијених резултата.<br />У шестом поглављу приказано је кориштење нумеричких и експериметналних метода у циљу утврђивања сопствених фреквенција и облика осциловања,<br />као и модалних параметара (модалне масе, модалне крутости и модалног пригушења) различитих компоненти хоризонталног обрадног центра за глодање ФМ38.<br />У седмом поглављу дата су закључна разматрања, критички осврт на извршена истраживања и правци и смјернице за даља истраживања.</p> / <p>U prvom, uvodnom poglavlju predstavljeni su ciljevi istraživanja, hipoteze i primjenjena metodologija istraživanja. U ovom poglavlju dat je prikaz dosadašnjih istraživanja u sljedećim oblastima: projektovanje virtualnih mašina alatki, savremene metode modelovanja i simulacije u identifikaciji ponašanja mašina alatki primjenom metoda konačnih elemenata, te primjena redukcija reda modela u projektovanju mašina alatki.<br />U drugom poglavlju date su teorijske osnove metode redukcije reda modela. Pri analizi sistema koji imaju veliki broj čvorova (pod veliki broj čvorova se podrazumjeva 105 - 106 čvorova, pa i više) vrijeme potrebno za izvođenje simulacija, ali i potrebne karakteristike računara na kom se izvodi analiza mogu predstavljati značajan problem, pogotovo prvim fazama procesa projektovanja kada su česte izmjene projektovane strukture.</p><p>Tehnike redukcije reda, odnosno redukcije broja stepeni slobode MKE modela, podrazumjevaju da se sistemi dobijeni primjenom metoda konačnih elemenata zamjene redukovanim sistemima, (sistemima prvog reda), koji sa dovoljnom tačnošću opisuje dinamičko ponašanje posmatranog sistema. Nakon što se sistem prevede u prostor stanja, dalje se vrši modalna redukcija, gdje se na bazi utvrđenih kriterijuma selektuje potreban broj modova. U ovom poglavlju za rangiranje modova koriste se dva kriterijuma: pojačanje u maksimumu i pojačanje na nultoj frekvenciji, odnosno kriterijum balansiranih redukcija.<br />U okviru trećeg poglavlja opisana je procedura izvođenja eksperimentalne modalne analize i utvrđivanja modalnih parametara, relativnog koeficijenta prigušenja, sopstvenih frekvencija oscilovanja, modalne mase, modalne krutosti, viskoznog prigušenja i oblika oscilovanja. Prikazani su principi akvizicije podataka pri izvođenju eksperimentalne modalne analize i dat prikaz korištene akvizicione i mjerne opreme. Na primjeru grede konstantnog kružnog poprečnog presjeka prikazan je analitički način utvrrđivanja modalnih parametara na osnovu Ojler &ndash; Bernulijeve teorije greda, te modalna analiza u vremenskom domenu primjenom ARX direktne metode utvrđivanja modalnih parametara, te dato poređenje dobijenih rezultata.</p><p>U četvrtom poglavlju opisana je problematika analitičkog određivanja prenosne funkcije na primjeru grede promjenjivog kružnog poprečnog presjeka (trostepenog cilindra).<br />U petom poglavlju analizira se dinamičko ponašanje sklopa glavnog vretena modula radne jedinice (jedinice pinole), za koje su određeni matematički model dinamičkog<br />ponašanja, te potom izvršena numerička i eksperimentalna verifikacija dobijenih rezultata.<br />U šestom poglavlju prikazano je korištenje numeričkih i eksperimetnalnih metoda u cilju utvrđivanja sopstvenih frekvencija i oblika oscilovanja,<br />kao i modalnih parametara (modalne mase, modalne krutosti i modalnog prigušenja) različitih komponenti horizontalnog obradnog centra za glodanje FM38.<br />U sedmom poglavlju data su zaključna razmatranja, kritički osvrt na izvršena istraživanja i pravci i smjernice za dalja istraživanja.</p> / <p>The first introduction chapter presents research objectives, hypotheses and applied methodology. This chapter provides an overview of current research in the following areas: design of virtual machine tools, modern methods of modelling and simulation in identifying the behaviour of machine tools using the finite element method, as well as the use of model order reduction in the design of machine tools.<br />The second chapter provides a theoretical bases for model order reduction. In analysing systems that have a large number of nodes (a large number of nodes alludes to 105 - 106 nodes, or more) the following can present significant problem: time required to perform the simulation and necessary characteristics of the computer on which the analysis is performed, especially in the early stages of the process design when changes of designed structure are frequent.</p><p>Model order reduction techniques, i.e. reduction of the number of degrees of FEM model freedom, imply that the systems obtained by using the finite element method are replaced by the one (the first order system) that describes the dynamic behaviour of the observed system with sufficient accuracy. Once the system is converted to state space, modal reduction continues whereby on the basis of established criteria required number of modes are selected. In this chapter the following criteria are used for ranking modes: DC gain / peak gain, and the balanced reduction.<br />Third chapter shows procedures of performing experimental modal analysis and determining the following parameters: relative damping ratio, natural frequencies, modal mass and stiffness and viscous damping coefficient. The principles of data acquisition and equipment used for experimental modal analysis are shown. Analytical model of determining modal parameters based on Euler - Bernoulli beam theory is shown on the sample of constant cross-section beam. For the same model, modal analysis in the time domain using the ARX direct method of determining the modal parameters is performed. The results obtained thereinafter, using both methods, are compared.<br />The fourth chapter describes the analytical determination of the transfer function in the case of beam with changing cross-section (three-stage cylinder).</p><p>The fifth chapter analyses the dynamic behaviour of the main spindle assembly of experimental model. Mathematical model is made, and then gained results are verified numerically, by FEM analysis and experimentally by experimental modal analysis.<br />Sixth chapter shows the usage of different numerical and experimental methods in order to determine the natural frequencies, mode shapes, modal mass and stiffness and damping ratio of the various components of the horizontal machining center FM38.<br />The seventh chapter contains the concluding observation, critical review of research that was carried out and directions for further researches.</p>

Les exigences de productivité et de qualité dans l’industrie aéronautique imposent d’avoir des machines-outils optimisées en termes de précision, de cinématique et de dynamique. L’objectif des travaux de recherche menés est de proposer de nouvelles méthodologies de conception de machines-outils à haute rigidité pour l’usinage des pièces aéronautique en titane. Dans un premiers temps, la problématique du choix de la configuration structurale la plus adéquate au procédé d’usinage envisagé est traitée en proposant une méthode de synthèse et de sélection basée sur des critères qualitatifs. L’analyse des performances des différentes configurations structurales relatives aux critères qualitatifs adoptés permet de les classer. Les résultats obtenus ont permis d’aboutir à un ensemble restreint de configurations structurales de machines-outils adéquates au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Pour compléter cette méthode, il est alors nécessaire de développer une approche d’analyse quantitative des arrangements structuraux relatifs à chaque configuration structurale. Dans un second temps, une nouvelle approche de sélection des arrangements structuraux de machines-outils est développée. Cette approche consiste tout d’abord à élaborer des modèles réduits des structures de machines-outils considérées. Ensuite, nous mettons en œuvre une optimisation paramétrique en vue de minimiser la masse totale des structures mécaniques de ces machines tout en respectant une contrainte de rigidité cible. Cette optimisation est réalisée par un couplage entre MATLAB et ANSYS APDL. Enfin, le classement des arrangements structuraux selon leurs performances met en évidence ceux les plus appropriés au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Alors ces travaux participent à l'évolution des méthodologies de conception des nouvelles machines d'usinage. / Productivity and quality requirements in the aerospace industry require optimized machine tools in terms of precision, kinematics and dynamics. The objective of this thesis is to propose new methodologies for the design of highly stiffened machine tools for machining titanium aeronautical parts. First, the issue of choosing the most appropriate structural configuration for the machining process is handled by proposing a synthesis and selection method based on qualitative criteria. The performance analysis of the different structural configurations relative to the adopted qualitative criteria makes it possible to classify them. The results obtained have led to a limited set of structural configurations of machine tools suitable for the process of machining titanium aeronautical parts. To complete this method, it is then necessary to develop an approach for quantitative analysis of the structural arrangements corresponding for each structural configuration. In a second step, a new approach for the selection of structural arrangements of machine tools is developed. This approach consists firstly in developing reduced models of considered machine tool structures. Then, we implement a parametric optimization in order to minimize the total mass of the mechanical structures of these machines while under the constraint of a target stiffness. This optimization is achieved by coupling MATLAB and ANSYS APDL. Finally, the classification of structural arrangements according to their performance highlights those most appropriate for the process of machining titanium aeronautical parts. This work contributes to the evolution of design methodologies for new machining machines.

<p>U radu se razmatra problematika ponašanja cilindrično valjkastih ležaja za uležištenje glavnih vretena mašina alatki i osovinskog sklopa vučenih vozila na železnici. Za definisano konstrukciono rešenje uležištenja sklopa glavnog vretena izvršena su eksperimentalna ispitivanja toplotnog ponašanja čime su provereni i potvrđeni rezultati računarskog modelovanja (2D i 3D).<br />U prvom poglavlju polazi se od značaja cilindrično valjkastih ležaja za uležištenje sklopova glavnih vretena i osovinskog sklopa vučenih vozila na železnici.<br />Konstrukcioni parametri valjkastih ležaja opisani su i objašnjeni u drugom poglavlju.<br />U trećem poglavlju izvršen je pregled stanja u oblasti u dva pravca: ponašanje sklopova glavnih vretena i osovinskih sklopova na železnici. Literaturni izvori su grupisani na one koji se bave problematikom statičkog, toplotnog ponašanja i oštećenjima ležaja.<br />Matematički modeli za analizu statičkog, toplotnog ponašanja, veka ležaja kao i programsko rešenje za određivanje veka ležaja dati su u okviru četvrtog poglavlja. Prikazan je opšti algoritam ponašanja cilindrično valjkastih ležaja, kao i agoritmi statičkog, toplotnog ponašanja i veka ležaja. Dati su modeli za određivanje nelinearne krutosti u radijalnom pravcu za valjkaste ležaje. Na osnovu Ševalove teorije rasporeda opterećenja razvijen je nelinearni model generisanja toplote u ležaju.<br />U petom poglavlju izvršeno je računarsko modelovanje statičkog i toplotnog ponašanja sklopa glavnog vretena uležištenog cilindrično valjkastim dvoredim ležajem. Analizirani su modeli dvodimenzionog i trodimenzionog sklopa glavnog vretena i određene su vrednosti temperature na vrhu vretena. Veličina konačnih elemenata imala je zanemarljiv uticaj na rezultate toplotnog ponašanja. U okviru ovog poglavlja ukazuje se na činjenicu da je predikcija toplotnog ponašanja mašine alatke uslovljena ponašanjem odgovarajućih sklopova, a posebno sklopa glavnog vretena.<br />Definisanje svih izvora generisanja toplote u osovinskom sklopu kao i njihova analiza izvršeni su u okviru poglavlja šest. Potvrđena je hipoteza da na temperaturu ležaja zanemarljiv uticaj imaju generana toplota usled kotrljanja točka po šini i generisana toplota usled kočenja u odnosu na temperaturu koja se generiše u ležaju usled obrtanja i opterećenja.<br />Sedmo poglavlje odnosi se na eksperimentalna istraživanja toplotnog ponašanja konstrukcionog rešenja sklopa glavnog vretena uležištenog cilindrično valjkastim dvoredim ležajem. Za eksperimentalna istraživanja korišćeni su savremeni merni instrumnti za merenje temperature kontaktnim i bezkontaktnim metodama.<br />Uticaj generisane toplote usled kotrljanja točka po šini i usled kočenja eksperimentalno je ispitivan termovizijskom kamerom i prikazan u poglavlju osam.<br />Na kraju je u poglavlju devet izvršena analiza eksperimentalnih i računarskih rezultata ponašanja valjkastih ležaja za glavna vretena, kao i analiza rezultata računarskog modelovanja ležaja za osovinske sklopove vučenih vozila na železnici.<br />Deseto poglavlje sadrži zaključke, na osnovu rezultata pojedinih poglavlja i izvedenih istraživanja. Nakon toga dati su pravci budućih istraživanja.<br />Jedanaesto poglavlje sadrži pregled korišćene literature, koju čini 135 literaturnih naslova od kojih je određeni broj citiran u radu.</p> / <p>The paper deals with the problem of behavior of cylindrical roller bearings for<br />loosening the main spindles of machine tools and the axle assembly of towed<br />vehicles on the rail. For the defined constructional arrangement of the<br />mounting of the main spindle assembly experimental tests of thermal<br />behavior were performed which confirmed and confirmed the results of<br />computer modeling (2D and 3D).<br />The first chapter starts from the significance of cylindrical roller bearings for<br />the installation of the main spindle assemblies and the axle assembly of<br />towed vehicles on the rail.<br />The construction parameters of roller bearings (external and internal bearing<br />geometry and bearing lubrication) are described and explained in the second<br />chapter.<br />The third chapter was conducted review of the state in the field in two<br />directions: the behavior of the main spindle assemblies and axle assemblies<br />on the rail. The papers are grouped into those dealing with problems of<br />static, thermal behavior and bearing damage.<br />Mathematical models for the analysis of static, thermal behavior, bearings life<br />as well as the software solution for determining the bearing life are given in<br />the fourth chapter. A general algorithm behavioral for cylindrical cylindrical<br />bearings, as well as and algorithm static, thermal behavior and bearing life.</p><p>Models are given for determining nonlinear stiffness in the radial direction for<br />roller bearings. Based on Sjov&auml;ll&#39;s theory of load distribution, a nonlinear<br />model of heat generation in a bearing is developed.<br />In the fifth chapter, a computer modeling of the static and thermal behavior of<br />the main spindle assembly is carried out with a double row cylindrical roller<br />bearing. The two-dimensional and three-dimensional models of the main<br />spindle were analyzed and the temperature values at the top of the spindle<br />were determined. The size of the finite elements had a negligible impact on<br />the results of thermal behavior. Within this chapter, it is pointed out that the<br />prediction of the thermal behavior of the machine tool is conditioned by the<br />behavior of the corresponding assemblies, and in particular the main spindle<br />assembly.</p><p>The definition of all sources of heat generation in the axle as well as their<br />analysis were carried out under Chapter six. The hypothesis was confirmed<br />that the negligible impact on the bearing temperature is due to generating<br />heat due to rolling the wheel along the rail and generated heat due to braking<br />relative to the temperature generated in the bearing due to rotation and load.<br />Chapter Seven refers to experimental investigations of the thermal behavior<br />of the construction of the main spindle assembly with cylindrically cylindrical<br />two-row bearing. For experimental measurements were used modern<br />measurement instruments for temperature measurement by contact and<br />without contact methods.<br />The influence of generated heat due to rolling of the wheel along the rail and<br />due to braking was experimentally tested by a thermal camera and shown in<br />chapter eight.<br />In the end, in chapter nine, an analysis of the experimental and computer<br />results of the behavior of roller bearings for the main spindles was<br />performed, as well as an analysis of the results of computer modeling of<br />bearings for axle assemblies of towed vehicles on the rail.<br />Chapter ten contains conclusions, based on the results of individual chapters<br />and research carried out. After that, the directions of future research are<br />given.<br />Chapter eleven contains an overview of the used literature, made up of 135<br />literary titles, of which a certain number is cited in the paper.</p>

L’identification des paramètres modaux des machines-outils et des robots d’usinage, en service, constitue un levier d’optimisation des performances de coupe. En effet, la connaissance en continue du comportement dynamique d’une machine permet une prédiction fine des conditions de stabilité, bases d’un pilotage intelligent des paramètres du procédé. Cependant, la présence de fortes excitations harmoniques, dues à la rotation de la broche et de l’outil coupant, rend les techniques classiques d’Analyse Modale Opérationnelle (AMO) inapplicables. Le premier objectif de cette thèse consiste à déterminer une méthode d’AMO adéquate pour une application en présence des harmoniques. Une étude comparative des méthodes existantes est conduite, à savoir : la méthode de décomposition dans le domaine fréquentiel (EFDD), la méthode d’identification dans le sous-espace stochastique (SSI), la méthode PolyMAX et la méthode basée sur la fonction de transmissibilité (TFB). La méthode TFB est choisie afin de réaliser une identification modale opérationnelle des robots d’usinage. Cette technique est tout d’abord investiguée sur une machine-outil cartésienne. Cette étape est justifiée par le fait qu’une machine-outil est une structure plus rigide qui présente moins de variations des propriétés dynamiques par rapport à un robot d’usinage. Les résultats montrent la pertinence de la méthode TFB pour identifier les paramètres modaux de la machine-outil en usinage, même en présence des composantes harmoniques fortement dominantes. Ensuite, l’identification modale opérationnelle du robot d’usinage ABB IRB 6660, qui présente une structure moins rigide par rapport à une machine-outil, est menée sur une trajectoire d’usinage. Les résultats obtenus permettent d’établir une base modale du robot montrant l’évolution de son comportement modal en service. L’originalité des travaux présentés réside dans le développement d’une procédure robuste d’identification modale opérationnelle qui permet de suivre l’évolution du comportement modal du robot en cours d’usinage dans son espace de travail. / The identification of the modal parameters of machining robots in service has a significant adverse influence on machining stability, which will, therefore, decrease the quality of the workpiece and reduce the tool life. However, in presence of strong harmonic excitation, the application of Operational Modal Analysis (OMA) is not straightforward. Firstly, the issue of choosing the most appropiate OMA method for an application in presence of harmonic components, is handled. For a comparison purpose, the modified Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) method, the Stochastic Subspace Identification (SSI) method, the PolyMAX method and the Transmissibility Function Based (TFB) method are investigated. The obtained results lead to the adoption of the Transmissibility Function Based (TFB) method for an OMA of machining robots. For an accurate modal identification procedure, the OMA of a machine tool is, initially, conducted. It is a preparation step in order to verify the performance of the chosen method under machining conditions as well as a machine tool is a rigid structure, thus, it has less variation in its dynamic behavior compared to a machining robot. Results demonstrate the efficiency of the TFB method to identify the machine tool modal parameters even in the presence of preponderant harmonic components. Finally, the OMA of the machining robot ABB IRB 6660, which has a flexible structure compared to a machine tool, is carried out for a machining trajectory. The obtained results allow the identification of a modal basis of the machining robot illustrating the evolution of its modal behavior, in service. The main novelty of this thesis lies in the development of a robust procedure for an operational modal identification of machining robots, in service, which makes it possible to continuously follow the variations in the modal parameters of machining robots.

No description available.

The precision of machining systems is ever increasing in order to keep up with components’ accuracy requirements. At the same time product variants areincreasing and order quantities are decreasing, which introduces high demands on the capability of machining systems. The machining system is an interaction between the machine tool structure, the process and the control system and is defined in terms of capability by the positional, static, dynamic and thermal accuracy. So far, the control of the machining system, in terms of static and dynamic stability is process based which is often translated into sub-optimum process parameters and therefore low productivity.This thesis proposes a new approach for control of the machining systemwhich is based on the capability to control the structural properties of themachine tool and as a result, controlling the outcome of the machining process.The control of the structural properties is realized by carefully designed Joint Interface Modules (JIMS). These modules allow for control of the stiffness and damping of the structure, as a result of tuning the contact conditions on the interface of the JIM; this is performed by control of the pre-load on the interface,by treatment of the interface with damping enhancing materials, or both. The thesis consists of a presentation of the motivation behind this work, the theoretical basis on which the proposed concept is based and a part describing the experimental investigations carried out. Two prototype JIMs, one for a milling process and one for a turning process were used in the experimental investigations that constitute the case studies for examining the validity of the proposed concept and demonstrating its applicability in a real production environment. / <p>QC 20140611</p> / EU FP7 POPJIM