Komponentendämpfung im Kontext der Werkzeugmaschine

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Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Simulationsmodell mit allen Komponenten

Anschließend können alle relevanten Komponenten untersucht werden. Dazu zählen die PSF, die KGT-Mutter und die KGT-Lagerung. Um die Streuung der einzelnen Komponenten zu beurteilen, werden jeweils mehrere Exemplare untersucht. Nachdem die Parameter der Komponenten bekannt sind, kann im Anschluss das dynamische Verhalten der Maschinen am Modell untersucht werden.

Dazu wird für beide Maschinen ein Simulationsmodell aufgebaut, das alle untersuchten Komponenten beinhaltet. Durch die Untersuchung der Sensitivität kann der Anteil einzelner Komponentendämpfungen am Gesamtsystem beurteilt werden. Auf die gleiche Weise lässt sich der Einfluss der Streuung einzelner Komponenten auf das Gesamtsystem ermitteln. Dafür ist es allerdings unerlässlich, die Komponentenstreuung in Relation zur Streuung des Gesamtsystems zu setzen. Die Untersuchungen zur Maschinenstreuung werden an der Heller H2000 durchgeführt, um im vorgesehenen Projektrahmen eine solide statistische Grundlage schaffen zu können. Zur Streuung von baugleichen Maschinen existieren bislang keine Erkenntnisse in der Literatur oder bei den Anwendungspartnern.

Der Schritt 3 bildet somit die Basis für die experimentellen Untersuchungen. Auf Grundlage der Sensitivitätsanalyse im dritten Schritt werden anschließend Linearachskomponenten, die eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens in Aussicht stellen, gewählt und experimentell umgesetzt. Um die Einflüsse mehrerer Modifikationen voneinander trennen zu können, ist es notwendig, immer nur eine Modifikation separat zu untersuchen. Die Bearbeitung jedes Schrittes ermöglicht schließlich die Beantwortung der Kernfragestellungen.

Ermittlung signifikanter Einflussfaktoren

Die in den Projekten der Forschergruppe Dämpfung gewonnenen Erkenntnisse bilden eine solide Grundlage für das vorliegende Projekt. Es wurden Methodiken zur Ermittlung von Dämpfungseigenschaften abgeleitet sowie Dämpfungen modelliert und anschließend validiert. Das Erarbeitete findet in diesem Projekt Verwendung und wird im Kontext der Gesamtmaschine angewendet, sodass das Verständnis der Dämpfung in WZM erweitert wird. So konnte am Index-Drehautomaten bereits der Einfluss der KGT-Vorspannung auf das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten der Gesamtmaschine als signifikant ermittelt werden. Auch der Einfluss der Schmierstoffviskosität auf die Prozessstabilität konnte an der Index-Maschine festgestellt werden.

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung dieser Arbeiten im Rahmen des Projekts „Einfluss der Komponentendämpfung auf die dynamischen Eigenschaften und die Prozessstabilität von Werkzeugmaschinen“ (BR 2905/70-1). Darüber hinaus danken wir der Firma Gebr. Heller Maschinenfabrik und der Firma Index für die Kooperation im Rahmen des Projektes sowie für ihre stete Unterstützung. MM

Literatur

[1] Altintas, Y.; Brecher, C.; Weck, M.; Witt, S.: Virtual Machine Tool. CIRP Annals – Manufacturing Technology. 54. Jg., 2005, Nr. 2. S. 115-138.

[2] Altintas, Y.: Manufacturing automation. Metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design. 2. ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2012.

[3] Brecher, C.; Fey, M.; Bäumler, S.: Identification method for damping parameters of roller linear guides. Production Engineering. 6. Jg., 2012, 4-5. S. 505-512.

[4] Brecher, C.; Fey, M.; Bäumler, S.: Damping models for machine tool components of linear axes. CIRP Annals – Manufacturing Technology. 62. Jg., 2013, Nr. 1. S. 399-402.

[5] Brecher, C.; Fey, M.; Wagner, M.: Dämpfung in Profilschienenführungen. wt Werkstattstechnik Online. 104. Jg., 2014, Nr. 5. S. 295-300.

[6] Fey, M.: Identifikation geeigneter parametrierter Dämpfungsmodelle für Komponenten einer Linearachse. Dissertation. RWTH Aachen, 2015.

[7] Ophey, L.: Dämpfungs- und Steifigkeitseigenschaften vorgespannter Schrägkugellager. Düsseldorf: VDI Verlag, 1986.

[8] Sitte, B.: Prozessstabilität als Bewertungskriterium im Entwicklungsprozess von Werkzeugmaschinen. Dissertation. RWTH Aachen, 2013.

[9] Richtlinie. VDI 3830 Teil 1 (August, 2004). Werkstoff- und Bauteildämpfung.

[10] Weck, M.; Brecher, C.: Werkzeugmaschinen 5 – Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, dynamische Stabilität. 7. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006.

* Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Institutsleiter, Daniel Christoffers M. Eng. und Michael Wagner M. Sc. sind wissenschaftliche Mitarbeiter und Dr.-Ing. Marcel Fey ist Oberingenieur Abteilung Maschinentechnik, alle am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen in 52074 Aachen. Weitere Informationen: Daniel Christoffers: Tel. (02 41) 8 02 74 42, D.Christoffers@wzl.rwth-aachen.de

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