Verfügbarkeitssicherung von Werkzeugmaschinenachsen mit Kugelgewindetrieb durch modellbasierte Verschleißüberwachung

Ziel dieser Arbeit ist, die Verfügbarkeit von Maschinenachsen mit Kugelgewindetrieb durch modellbasierte Überwachung und Diagnose des Verschleißverhaltens zu verbessern. Als wesentliche verschleißabhängige Größen wurden das Reibverhalten und die nichtlineare, axiale Nachgiebigkeit der Kugelgewindemutter identifiziert. Zur Überwachung der Maschinenachse dienen das in den Gewindetrieb eingeleitete Drehmoment, welches auf Basis der Motorströme errechnet wird, die Winkelposition des Motors und die Position des Maschinentisches. Eine genaue Betrachtung der Motoreigenschaften inklusive der wesentlichen Nichtlinearitäten sind für die Identifi-kation der physikalischen Parameter des Kugelgewindetriebs im eingebauten Zu-stand notwendig. Durch Modellierung der differentiellen Nachgiebigkeit der Mutter in Abhängigkeit von ihrer Vorspannung erfolgte die Berücksichtigung dieser nichtlinea-ren Eigenschaft in dem Modell der Maschinenachse. Nach der Entwicklung von Me-thoden, welche die Parameteridentifikation der Maschinenachse im eingebauten Zu-stand ermöglichen, wird die Güte des Modells in einem Zustandsraumbeobachters gezeigt. Durch die Überwachung des Beobachtungsfehler des Zustandsraumbeobachters sind verschleißbedingte Änderungen in der Achse feststellbar. Auf Basis der Historie der Parameterveränderung erfolgt die Darlegung einer Methode zur Ermittlung der Resteinsatzzeit des Kugelgewindetriebs.