Ausspindeln ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Präzisionsbohrungen. Es stellt eine kostengünstige und prozesssichere Alternative zur Reibbearbeitung dar. Der Einsatz modularer Ausspindelwerkzeugsysteme führt einerseits zu einer Kostensenkung, andererseits ermöglicht er eine deutliche Steigerung des Einsatzspektrums der eingesetzten Werkzeuge.
Häufig erfolgt die Verwendung lang auskragender Ausspindelwerkzeuge. Diese besitzen eine hohe Schwingungsanfälligkeit im Prozess, weshalb der Einsatz von Dämpfersystemen deren Prozessstabilität verbessern soll. Marktübliche passive Dämpfersysteme haben starke Einschränkungen hinsichtlich des einsetzbaren L/D-Verhältnisses. Aktive Dämpfersysteme sind deutlich leistungsfähiger. Sie wurden bisher allerdings weitestgehend für stehende Bohrstangensysteme realisiert oder stellen Sonderlösungen dar, die nicht zum Einsatz in modularen Werkzeugsystemen geeignet sind.
Diese Missstände greift die vorliegende Arbeit auf und stellt ein aktives Dämpfersystem zum Einsatz in modularen, lang auskragenden Ausspindelwerkzeugen vor. Dieses wird mit der zugehörigen Signalauswertung, Reglerhardware und Leistungselektronik in das Zwischenmodul eines modularen Werkzeugsystems integriert. Der Ansatz einer Vollintegration führt zu einer deutlichen Reduktion des Aufwands der Energie- und Signalübertragung bei rotierenden Werkzeugsystemen und ermöglicht einen autarken, d. h. maschinenunabhängigen, Betrieb. Nach erfolgter Konzeption und konstruktiver Detaillierung wird die Leistungsfähigkeit des Dämpfersystems untersucht. Es zeigt im Rahmen von Bearbeitungsversuchen eine zuverlässige Prozessstabilisierung und ermöglicht eine deutliche Verbesserung der geometrischen Eigenschaften und Oberflächenqualität der gefertigten Präzisionsbohrungen.
Aktualisiert: 2020-06-30
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Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, durch den Einsatz von mechatronischen Lösungen die Bearbeitungsgenauigkeit sowie die Zerspanleistung von kleinen kompakten Werkzeugmaschinen zu erhöhen.
Im ersten Schritt wurden durch die Entwicklung und Integration von Algorithmen in die Maschinensteuerung niederfrequente Verlagerungsfehler bei Positionierbewegungen reduziert. Diese Verlagerungsfehler entstehen durch Achskopplung und liegen in einem niedrigen Frequenzbereich. Sie werden in der Literatur auch als Cross Talk bezeichnet. Diese Fehler lassen sich über die Antriebe der Vorschubachsen kompensieren. In einem zweiten Schritt wurde ein aktiver Dämpfer entwickelt und in die Maschinenstruktur integriert, um die durch das Rattern entstehenden Strukturschwingungen zu dämpfen. Diese Schwingungen liegen normalerweise in einem höheren Frequenzbereich, sodass deren Beeinflussung über Antriebe der Vorschubachsen nicht möglich ist. Durch die Bedämpfung der Ratterschwingungen konnte eine Erhöhung der Zerspanleistung erzielt werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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