Methode zur motorintegrierten Dämpfung von Spindelschwingungen bei Werkzeugmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Bernd Ponick
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 112455566

Die Produktivität von Fräsprozessen wird zunehmend von den dynamischen Eigenschaften von Werkzeugmaschinen und insbesondere Spindeln begrenzt, da oftmals Ratterschwingungen auftreten noch bevor die Leistungsgrenze des Motors oder die Belastbarkeit des Schneidstoffs erreicht ist. Neben einer unbrauchbaren Oberfläche der erzeugten Bauteile können die Schwingungen bis zum Werkstück- oder Maschinenschaden führen. Zur Dämpfung der entstehenden Schwingungen in der Spindel und somit Erhöhung der Prozessstabilität sowie Produktivität wird eine Motorspindel erforscht, die mit dem Antrieb sowohl das Drehmoment für die Rotation als auch elektromagnetische radiale Kräfte zur Dämpfung der Spindelwellenschwingungen erzeugt. Das Verfahren wurde in einem ersten Prototyp mit einem elektromagnetischen Fremdaktor im Spindelantrieb umgesetzt und untersucht. Dabei zeigte sich, dass mit der Methode prinzipiell eine signifikante Erhöhung der Prozessstabilität möglich ist. Aufgrund des sich ständig ändernden dynamischen Systems bspw. beim Einsatz verschiedener Werkzeuge / Werkzeughalter oder durch den Einfluss des Zerspanprozesses ist dafür eine durchgehende Einstellung und Parametrierung der Aktorregelung notwendig. Dies wurde bisher vor Prozessbeginn manuell ausgeführt. Die beschriebenen Einflüsse im Prozess führten jedoch oftmals zu einer Veränderung im System, die eine erneute Anpassung der Regelungsparameter notwendig machte. Daher konnte bisher nicht das gesamte Potenzial der Methode genutzt werden. Darüber hinaus führte die Integration des Aktors zu einer Reduktion der elektrischen Spindelleistung. Daher wird im beantragten Vorhaben ein neuer aktiv gedämpfter Spindelprototyp entwickelt, der keine Fremdaktorik mehr im Aktivteil aufweist. Mit der Entwicklung eines neu-en Aktivteils wird sowohl die Rotation als auch die Schwingungsdämpfung realisiert. Zusätzlich werden Methoden und Verfahren entwickelt, die eine vollständig automatisierte, modellbasierte Parametrierung der Spindel ermöglichen und somit unabhängig vom verwendeten Werkzeug und des Einflusses des Prozesses eine optimale Dämpfungsstrategie bereitstellen und so die Prozessproduktivität maximieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen