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DER KONSTRUKTEUR 9/2017

DER KONSTRUKTEUR 9/2017

WERKZEUGMASCHINEN DIE

WERKZEUGMASCHINEN DIE MASCHINENDYNAMIK IM VISIER SPECIAL Durch die Methode der semiaktiven Schwingungsdämpfung kann das dynamische Verhalten von Vorschubantrieben verbessert werden. Das daraus resultierende Potenzial lässt sich zur Performancesteigerung von Maschinen einsetzen. Zur Erzeugung von Vorschubbewegungen in Werkzeugmaschinen kleiner und mittlerer Baugröße werden überwiegend Kugelgewindetriebe (KGT) eingesetzt. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die hohe Präzision, mit welcher die Rotation des antreibenden Servomotors in eine Translation des Maschinentisches umgesetzt wird. Damit geht eine hohe Positioniergenauigkeit einher, die auch bei großen Vorschubgeschwindigkeiten sowie unter hohen dynamischen Belastungen sichergestellt ist. Da es sich bei derartigen Vorschubantrieben um lagegeregelte Antriebssysteme handelt, wird die messtechnisch erfasste Position des Maschinentisches innerhalb der kaskadierten Regelungsstruktur an den Lageregler zurückgeführt. Mit dessen Geschwindigkeits- Autoren: Michael Neubauer, M.Sc.; Dr.-Ing. Armin Lechler; Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl, ISW Universität Stuttgart verstärkungsfaktor Kv lassen sich das Führungs- und Störverhalten sowie die Stabilität des Gesamtsystems beeinflussen. Die erste Eigenfrequenz der Kugelumlaufspindel begrenzt jedoch den einstellbaren Wertebereich und damit die erreichbare Dynamik der Vorschubachse. METHODE DER SEMIAKTIVEN SCHWINGUNGSDÄMPFUNG Um stetig zunehmenden Anforderungen an die Bearbeitungsqualität von Werkzeugmaschinen, bei gleichzeitigem Wunsch nach einer höheren Maschinenproduktivität, Rechnung zu tragen, wurde am SEMIAKTIVE SCHWINGUNGS­ DÄMPFUNG – EIN ADAPTIVER REIB­ KRAFT-AKTOR ZUR VERBESSERUNG DER MASCHINENDYNAMIK Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart die Methode der Semiaktiven Schwingungsdämpfung entwickelt. Aus energetischer Sicht und im Hinblick auf Komponentenverschleiß sind hohe Reibungskräfte in den Antriebssträngen von Werkzeugmaschinen nicht erstrebenswert. Allerdings wirkt sich Reibung dämpfend und damit positiv auf deren dynamisches 82 DER KONSTRUKTEUR 9/2017

01 Mehr denn je - der Partner für innovative Oberflächen! 01 Elektromagnetisch betätigter Reibkraft-Aktor 02 Bode-Diagramm der Mechanik Amplitude [dB] 30 20 10 0 -10 50 0 ohne Reibkraftaktor mit Reibkraftaktor „1001“ kundenindividuelle Oberflächen Z-PROTECTION ® 100 Zink Z-PROTECTION ® 200 ZinkEisen Z-PROTECTION ® 300 KTL Z-PROTECTION ® 400 ZinkNickel Z-PROTECTION ® 500 Zinklamelle Z-PROTECTION ® 600 Duplex Phase [°] -50 -100 -150 -200 10 1 10 2 f [Hz] Betriebsverhalten aus. Dementsprechend beruht die Idee der semiaktiven Schwingungsdämpfung darauf, den Dämpfungskoeffizienten zwischen Maschinentisch und Linearführungen durch Einleitung einer adaptiven Reibungskraft an den aktuellen Betriebszustand anzupassen. Zu diesem Zweck wurde am ISW ein durch Elektromagnete betätigter Reibkraftaktor aufgebaut. Die Übertragung der elektromagnetischen Kräfte erfolgt nach dem Prinzip des Klappankermagneten, welcher eine Ankerplatte anzieht, die über ein Festkörpergelenk gelagert ist. Infolge dieser Bewegung wird ein Reibbelag gegen die Linearführung der Vorschubachse gepresst. Nach Wegfall der Magnetkräfte geht die Ankerplatte aufgrund der Rückstellkraft des ausgelenkten Festkörpergelenks in die Ausgangslage zurück. Die Voraussetzung für einen adäquaten Eingriff des Reibkraft-Aktors ist eine ge eignete Stellgröße, welche auf Basis vorhandener Zustandsgrößen in Echtzeit berechnet werden kann. Dazu wurde ein semiaktives Regelungsgesetz entwickelt, bei dem die Ist-Geschwindigkeiten von Motor- und Tischsensorik miteinander verglichen werden. Auf diese Weise lässt sich ein Überschwingen des Maschinentisches detektieren, woraufhin der Reibkraftaktor zur dissipativen Abfuhr vorhandener Schwingungsenergie angesteuert wird. 02 Serienbeschichtungen für: Automobil-Zulieferindustrie haltbar und edel Befestigungstechnik Elektrotechnik/ k/Elektronik Möbelzulieferindustrie Schloss-/Beschlagindustrie Verbindungselemente Windkrafttechnik Weiße Ware Zeschky Galvanik GmbH & Co. KG Altenhofer Weg 35 58300 Wetter Tel.: 0 23 35 / 9 65 - 0 Fax: 0 23 35 / 9 65 - 160 info@zeschky.de www.zeschky.de Direktkontakt 02335/9651 05

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