Konstrukční digitální dvojče CNC obráběcích strojů

Digital Twin for CNC Machine Tools Design

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

This paper describes a systematic approach to creating a digital twin, which is focused on the design stage of the product lifecycle of a production machine, considering its operating conditions. To monitor the machine's operating condition in real time, the production machine is linked with a processing environment represented by ANSYS software. The system is demonstrated by evaluating the suitability of the headstock design of a CNC machine tool in terms of stress and strain analysis when it is operated under different performance conditions. First, a model of the machine headstock is created, which is then optimized for FEM calculations with fast response and loading forces obtained from direct dynamometer measurements. It was found that the proposed “design” digital twin approach can be used to optimize other structural elements of production machines based on realistic operating conditions that reflect the operation of machines in different technological sectors.

Tento článek popisuje systematický přístup k vytváření digitálního dvojčete, který je zaměřen na fázi návrhu životního cyklu výrobku výrobního stroje s ohledem na jeho provozní podmínky. Pro sledování provozního stavu stroje v reálném čase je výrobní stroj propojen s procesním prostředím reprezentovaným softwarem ANSYS. Systém je demonstrován na vyhodnocení vhodnosti konstrukce vřeteníku CNC obráběcího stroje z hlediska analýzy napětí a deformace při jeho provozu za různých provozních podmínek. Nejprve je vytvořen model vřeteníku stroje, který je následně optimalizován pro výpočty metodou konečných prvků s rychlou odezvou a zatěžovacími silami získanými z přímých měření na dynamometru. Bylo zjištěno, že navržený přístup „konstrukčního“ digitálního dvojčete lze použít k optimalizaci dalších konstrukčních prvků výrobních strojů na základě reálných provozních podmínek, které odrážejí provoz strojů v různých technologických odvětvích. Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)

This paper describes a systematic approach to creating a digital twin, which is focused on the design stage of the product lifecycle of a production machine, considering its operating conditions. To monitor the machine's operating condition in real time, the production machine is linked with a processing environment represented by ANSYS software. The system is demonstrated by evaluating the suitability of the headstock design of a CNC machine tool in terms of stress and strain analysis when it is operated under different performance conditions. First, a model of the machine headstock is created, which is then optimized for FEM calculations with fast response and loading forces obtained from direct dynamometer measurements. It was found that the proposed “design” digital twin approach can be used to optimize other structural elements of production machines based on realistic operating conditions that reflect the operation of machines in different technological sectors.

Digitální dvojče; konstrukce stroje; výrobní stroj; obráběcí stroj; životní cyklus výrobku; FEA

Digital twin; Machine design; Production Machine; Machine Tool; Product lifecycle; FEA

06.12.2024

IEEE

Brno, Czech Republic

979-8-3503-9490-0

21st Mechatronika 2024 : Proceedings of the 21st International Conference on Mechatronics - Mechatronika (ME)

1

134–138

5