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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In dieser Arbeit wird der Einfluss von Freiflächenfasen und ungleicher Zahnteilung auf die Ratterneigung des Fräsprozesses untersucht. Eine auf der Diskretisierung der Systemperiode beruhende Methode zur Vorhersage der Stabilitätsgrenze wird auf ungleich geteilte Fräser erweitert. Zur Abbildung der durch Freiflächenfasen verursachten Prozessdämpfung wird ein dynamisches Prozesskraftmodell entwickelt. Dieses berücksichtigt nicht nur die dynamische Spanungsdicke, sondern auch die Verlagerungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs und Werkstücks. Durch den Einsatz der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Modelle und Algorithmen können bestehende Fräsprozesse analysiert und optimiert und neue Fräsprozesse und -werkzeuge simulationsbasiert ausgelegt werden.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Ziel dieser Arbeit ist die Auslegung, Konstruktion und Erforschung einer adaptronischen
Einheit für Fräsmaschinen, welche eine statische und dynamische Positionierung
von Werkzeugen zulässt. Zweck dieser Entwicklung ist sowohl eine Kompensation
der Fräserabdrängung als auch von Schwingungen im Prozess. Damit wird eine
Steigerung von Genauigkeit, Geschwindigkeit, Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit
in Fräsmaschinen angestrebt.
Die dazu entwickelte adaptronische Spindeleinheit enthält drei piezoelektrische Aktoren
an einer Frässpindel in einer parallelkinematischen Anordnung. Die damit erzielbare
Auslenkung an der Werkzeugspitze hängt von der Länge des Werkzeugs sowie
der Richtung ab. Bei einem 50 mm langen Werkzeug sind etwa +/-130 µm in den
beiden Raumrichtungen x und y sowie +/- 80 µm in der z-Richtung erzielbar.
Das quasi-statische und dynamische Verhalten der adaptronischen Spindeleinheit
wird in Fräsprozessen erprobt. Durch verschiedene Regelungsstrategien kann eine
Verminderung der Fräserabdrängung sowie eine Kompensation von Schwingungen
erreicht werden.
Aktualisiert: 2019-10-17
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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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Die Produktivität aktueller Zerspanprozesse wird oftmals durch das Auftreten unerwünschter Schwingungseffekte an der Hauptspindel, sogenannten Ratterschwingungen, begrenzt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine innovative Methode zur Dämpfung bzw. Unterdrückung von Ratterschwingungen an Hauptspindeln in Werkzeugmaschinen und damit zur Erhöhung der Prozessproduktivität entwickelt und untersucht. Grundlage der Methode ist eine elektromagnetische Schwingungsdämpfung durch einen Aktor, der in das Aktivteil einer Motorspindel integriert wird und damit Dämpfungskräfte direkt auf die Spindelwelle appliziert. Auf Basis von Finite-Elemente-Simulationen wird die Dämpfungsmethode eingehend theoretisch untersucht. Mit dem Entwurf und Aufbau eines aktiv gedämpften Frässpindelprototyps wird ferner eine experimentelle Untersuchung der Methode durchgeführt. Je nach verwendetem Fräswerkzeug wird durch die aktive Dämpfung eine Erhöhung der stabilen Schnitttiefe und damit der Produktivität des Fräsprozesses um bis zu 300% erreicht.
Aktualisiert: 2019-11-07
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