Ruhiger zerspanen Aktive Ruckentkoppelung reduziert Maschinenschwingungen

Autor / Redakteur: Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Dr.-Ing. Benjamin Bergmann und M. Sc. Marcel-Frederic Böhse / Peter Königsreuther

Was man mit einer aktiven Ruckentkoppelung für die Bearbeitungsdynamik und die Präzision einer Werkzeugmaschine tun kann, zeigt dieser Beitrag aus der Forschung.

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Forschende am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) haben eine aktive Ruckentkoppelung entwickelt, die Maschinenschwingungen reduziert. Hier das Aufbauprinzip.
Forschende am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) haben eine aktive Ruckentkoppelung entwickelt, die Maschinenschwingungen reduziert. Hier das Aufbauprinzip.
(Bild: IFW)

Gleichzeitig schneller und präziser! Häufig führen Maschinenschwingungen zu einem Zielkonflikt zwischen schneller Positionierung und hoher Genauigkeit der Vorschubachsen. Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover erforscht aufgrund des oben genannten Sachverhalts die Methode der sogenannten „aktiven Ruckentkopplung“. Dadurch können die Grenzen von maximaler Achsdynamik und erreichbarer Genauigkeit deutlich erweitert werden. In dem DFG-geförderten Projekt „Aktive Ruckentkopplung für Werkzeugmaschinen“ werden Maschinenschwingungen durch ein mechatronisches Dämpfungssystem aktiv kompensiert. Das mechatronische System entkoppelt die Reaktionskräfte eines typischen Vorschubantriebs beim Beschleunigen und Abbremsen. Das geschieht mithilfe eines Zusatzaktors sowie durch Federpakete der Isoloc Schwingungstechnik GmbH aus Stuttgart.

Lineare Direktantriebe lassen es schwingen

Bei Bearbeitungsprozessen, die durch viele Richtungswechsel charakterisiert sind, sollten die eingestellten maximalen Achsbeschleunigung möglichst rasch erreicht werden. So werden die Bearbeitungszeiten minimiert. Hierdurch können die maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeiten auch bei kurzen Verfahrwegen erreicht werden. Der hierfür erforderliche hohe Ruck (zeitliche Änderungen der Achsbeschleunigung) der eingesetzten Lineardirektantriebe führt jedoch zu einer breitbandigen Schwingungsanregung der Maschinenstruktur. Diese Maschinenschwingungen beeinträchtigen die Bearbeitungsqualität. Um dies zu verhindern, wird der Ruck in der Praxis begrenzt. Das führt jedoch dazu, dass die maximale Achsbeschleunigung langsamer erreicht wird. Durch diese Ruckbegrenzung kann somit das volle Potenzial von Lineardirektantrieben (im Hinblick auf die Produktivität) nicht ausgeschöpft werden.

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