Profilschienenführungen Dämpfungseigenschaften reproduzierbar ermitteln

Autor / Redakteur: Christian Brecher, Michael Wagner und Marcel Fey / Stefanie Michel

Wird die Produktivität von Werkzeugmaschinen gesteigert, muss die Prozessstabilität gewährleistet sein. Hierfür müssen auch Dämpfungseigenschaften bekannt sein. Entsprechende Prüfstände ermöglichen jetzt zusammen mit einer erweiterten Methodik eine reproduzierbare Ermittlung der Dämpfungsparameter für Profilschienenführungen

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Rollenschienenführung von Bosch Rexroth.
Rollenschienenführung von Bosch Rexroth.
(Bild: Bosch Rexroth)

Werkzeugmaschinenhersteller befinden sich stetig in dem Dilemma, die steigenden Anforderungen an die Produktivität bei gleichzeitig hohem Anspruch an die Bearbeitungsgenauigkeit zu erfüllen. Produktivitätssteigernden Maßnahmen erhöhen die Prozesskräfte beziehungsweise die Verfahrgeschwindigkeiten. Um die Prozessstabilität zu gewährleisten, muss das dynamische Maschinenverhalten gezielt ausgelegt werden. Die Simulation des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen dient dabei nicht nur der Optimierung der Maschinenstruktur, sondern hilft auch zunehmend bei der Prozessauslegung [8, 2].

Rückschluss auf lokale Verteilung der Dämpfung ist schwierig

Für eine gesicherte Prognose des dynamischen Verhaltens müssen jedoch neben der Verteilung der Steifigkeiten und Massen aller Strukturelemente auch deren Dämpfungseigenschaften bekannt sein. Eine zuverlässige Dämpfungsmodellierung ist aufgrund der unzureichenden Kenntnis über die Dämpfungseigenschaften besonders von Fugen und Maschinenkomponenten schwierig. Für Profilschienenführungen als häufig eingesetztes Maschinenelement in Vorschubachsen sind Dämpfungsparameter von großem Interesse.

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Dämpfung ist die Dissipation von Bewegungsenergie und kann deshalb nur durch dynamische Untersuchungen ermittelt werden. Für die dynamische Vermessung von Profilschienenführungen wurde ein geeigneter Prüfstand entwickelt: Er besteht aus zwei Massen, die durch die Profilschienenführung gekoppelt sind (Bild 2). Infolge einer breitbandigen Anregung schwingt der Prüfstand in seinen charakteristischen Formen.

Durch eine gezielte Auslegung der Massenschwerpunkte in den Schnittpunkt der Drucklinien der Wälzkörper werden vom Prüfstand rein translatorische sowie rotarische Schwingungsformen ausgeführt [7, 1]. Auf Basis gemessener Nachgiebigkeitsfrequenzgänge kann die modale Dämpfung der charakteristischen Schwingungsformen ermittelt werden.

Doch diese modale Dämpfung enthält die gesamte Systemdämpfung des Prüfstandes, die in einer Schwingungsform dissipiert. Sie umfasst neben der gesuchten Dämpfung der Profilschienenführung auch die Dämpfung der Prüfstandsbauteile und deren Fugen. Ein Rückschluss auf die lokale Verteilung der Dämpfung ist so nicht möglich [9, 10].

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