Grundlagenuntersuchung zur Anwendung der modalen Regelung für überaktuierte Werkzeugmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273712863

Hochdynamische Bewegungsvorgänge und Prozesskräfte regen sowohl die bewegte Baugruppe (z. B. Schlitten) als auch die unterlagerte Maschinenstruktur (z. B. Gestell) zu Schwingungen an. Insbesondere für Leichtbaustrukturen ergeben sich hohe Schwingungsamplituden. Schwingungen in Werkzeugmaschinen führen zur Verschlechterung der Bearbeitungsqualität und sind daher auf ein Minimum zu reduzieren. Um eine Steigerung der Dynamik bei Erhalt oder Verbesserung der Bewegungsqualität zu ermöglichen, sind Maßnahmen zur Schwingungsreduktion bzw. -vermeidung erforderlich. Generell ist die Reduktion der dynamischen Nachgiebigkeit am Tool Centre Point anzustreben, um die Prozessstabilität und die Rattergrenze zu erhöhen. Dies kann durch die Erhöhung der Systemdämpfung erreicht werden, wozu beispielsweise aktive Dämpfungssysteme, sogenannte Active Damping Devices, zum Einsatz kommen. I. d. R. werden die zur Bewegungserzeugung benötigten Antriebe sowie die Zusatzaktoren unabhängig voneinander und ohne Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung geregelt. Insbesondere die Auswahl und die Parametrierung mechanisch verkoppelter Antriebe bzw. Zusatzaktoren gestaltet sich dadurch schwierig.Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mittels modaler Regelung eine Verbesserung der dynamischen Eigenschaften von Bewegungssystemen, wie z. B. Werkzeugmaschinen, die über mehr Antriebe oder Aktoren als Bewegungsfreiheitsgrade verfügen, zu erreichen. Die modale Regelung ermöglicht es, Eigenformen individuell zu regeln und die angeregten Schwingungen mit allen verfügbaren Aktoren gezielt zu bedämpfen. Durch die modale Entkopplung soll die Parametrierung der Regler aller beteiligten Antriebe und Aktoren vereinfacht sowie die Rückwirkung der aktiven Zusatzsysteme auf die Lageregelung der Vorschubantriebe verringert werden. Es wird eine erhöhte Regelbandbreite der Vorschubachsen und eine Reduktion der dynamischen Nachgiebigkeit am TCP angestrebt, um eine hohe dynamische Bahngenauigkeit und damit eine hohe Genauigkeit am Werkstück sowie eine erhöhte Prozessstabilität zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Jens Müller