Komponentendämpfung im Kontext der Werkzeugmaschine

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Klinkhammer Intralogistics GmbH

ACE Stoßdämpfer GmbH

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Dynamisches Verhalten optimieren

Die Ansprüche an moderne WZM hinsichtlich Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität der produzierten Werkstücke wachsen stetig. Einhergehend mit diesen Anforderungen intensiviert sich der Drang nach Optimierungen des dynamischen Verhaltens von WZM. Um die vorgenommenen Optimierungen bewerten zu können, eignet sich die Prozessstabilität in besonders hohem Maße. Hersteller sind bestrebt, das dynamische Verhalten bereits im Entwicklungsprozess bestimmen und optimieren zu können. Dazu werden oftmals die Methode der Finiten Elemente und die Mehrkörpersimulation herangezogen, um mit ihrer Hilfe durch die Analyse der Eigenformen strukturelle Schwachstellen identifizieren und konstruktiv beheben zu können. Dies lässt sich zum Beispiel durch die gezielte Wahl von Maschinenkomponenten und der Massenverteilungen realisieren.

Um die für den Prozess kritischen Eigenformen bestimmen zu können, muss jedoch das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten konkret abgebildet worden sein. Hier ist ebenfalls die Kenntnis der Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte der Koppelstellen notwendig. Im industriellen Umfeld wird dazu oft auf Erfahrungswerte zurückgegriffen, da es an parametrierten und validierten Modellen der Füge- und Koppelstellen mangelt (siehe Bild 4). Das industrielle Vorgehen der Verwendung von Erfahrungswerten generiert ein Modell, bei dem es vorkommen kann, dass prozesskritische Eigenschwingungen nicht ausreichend genau ermittelt werden können und es zu ungenauen Prognosen kommt. Um dieses Defizit abzubauen, wurden in der Forschergruppe Dämpfung Dämpfungsmodelle identifiziert und validiert. Auch deren Prognosefähigkeit wurde verifiziert, sodass dieses Verständnis der Dämpfung in Maschinenkomponenten zur gezielten Auslegung des dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens einer WZM genutzt werden kann. Der bislang nicht in der Forschergruppe betrachtete Einfluss verschiedener Komponenten auf die Prozessstabilität soll im aktuellen Erkenntnisprojekt zusammen mit zwei WZM-Herstellern bestimmt werden.

Kern der Untersuchungen

Kern der Untersuchungen sind dabei folgende Fragestellungen: 1. Lässt sich die Kenntnis der Dämpfungseigenschaften von Linearachskomponenten nutzen, um die Prozessstabilität einer Maschine zum Beispiel durch gezielte Wahl der Konstruktionsvarianten oder der Schmierung zu verbessern? 2. Welche Genauigkeit ist bei der Parametrierung der Dämpfungsmodelle im Gesamtkontext der Maschine überhaupt notwendig?

Die beiden Anwendungspartner Heller und Index stellen zur Beantwortung dieser beiden Fragen Maschinen aus ihrem aktuellen Portfolio zur Verfügung. Von Index kommen die kompakten Drehautomaten vom Typ Traub TNL32 zum Einsatz. Um ein möglichst großes Spektrum zu untersuchen, wird seitens der Firma Heller die CP8000 als Untersuchungsobjekt bereitgestellt.

Die CP8000 ist ein 5-achsiges Bearbeitungszentrum in Fahrständerbauweise, welches Werkstücke mit einem Durchmesser von 1250 mm und einer Höhe von 1400 mm in einer Aufspannung bearbeiten kann. Zur Bearbeitung des Projekts wurde eine Ablaufplan entwickelt, dargestellt in Bild 5. Da aufgrund der stark variierenden Komponentengröße ein breites Spektrum an Prüfständen notwendig ist, sind an bestehenden Prüfständen Anpassungen vorzusehen. Dazu müssen die zur Untersuchung von Linearachskomponenten entwickelten Methodiken angepasst und die Prozessabläufe optimiert werden.

Um die Auswertung zu vereinfachen, sollen die Anpassungen auch unter dem Gesichtspunkt des einfacheren Abgleichs umgesetzt werden. Dieser Abgleich ist aufgrund der Vielzahl an Komponenten möglichst effizient zu gestalten und verläuft daher größtenteils automatisiert.

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