Folgeprojekt - „Grundlagen eines Mehrkoordinatenpositioniersystems für spanende Werkzeugmaschinen“

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504571234

In Werkzeugmaschinen werden, bis auf wenige Ausnahmen, Vorschubachsen in Form von Ein-Freiheitsgrad-Systemen eingesetzt. Durch eine serielle Verkettung werden Bewegungen in mehreren Freiheitsgraden ermöglicht. Aufgrund dieser Verkettung trägt die unterlagerte Achse die auf ihr angeordneten Achsen. Dabei beschleunigt die tragende Achse die überlagerten Achsen. Folglich unterscheidet sich sowohl das Beschleunigungsvermögen, als auch das dynamische Verhalten der gekoppelten Achsen. Gegenüber diesen seriellen kinematischen Ketten bieten Positioniersysteme mit mehr als einem Freiheitsgrad zahlreiche Vorteile. Diese ergeben sich vor allem durch die geringeren zu bewegenden Massen. Es resultieren größere realisierbare Beschleunigung und eine Erhöhung der Gesamtsteifigkeit. Zudem kann die Summierung von Positionierfehlern bei der seriellen Anordnung von Vorschubachsen durch Mehrfreiheitsgrad-Systeme vermieden werden. Das IFW hat daher in der ersten Projektphase des Grundlagenprojekts „Grundlagen eines Mehrkoordinatenpositioniersystems für spanende Werkzeugmaschinen“ eine Methode zur Auslegung und den Betrieb eines magnetisch geführten und direkt angetriebenen planaren Positioniersystems erforscht. In der nun beantragten zweiten Projektphase werden die technologischen Grenzen und der Anwendernutzen des Mehrkoordinaten-positioniersystems erforscht. Dazu wird zunächst die Regelung des Planarmotors um Kompensationsalgorithmen zur Reduzierung der parasitären Rastkräfte erweitert und deren Wirkung validiert. Weiterhin werden die Potentiale modellbasierter Regler für die magnetische Flächenführung analysiert. Dabei liegt der Fokus auf der mit den verschiedenen Reglern maximal erreichbaren dynamischen Steifigkeit. In der ersten Projektphase wurde gezeigt, dass die positionsabhängigen Anziehungskräfte der Planarmotoren die Führung negativ beeinflussen. Daher wird in dieser Projektphase eine Methode zu Kompensation dieser Störkräfte in der Regelung der Flächenführung entwickelt. Dabei werden auch die, durch die translatorische Beschleunigung erzeugten, Kippmomente berücksichtigt. Anhand des Vergleichs der dynamischen Eigenschaften des Mehrkoordinatenpositioniersystems mit seriellen Achsverbünden anderer Werkzeugmaschinen wird der Nutzen des Mehrkoordinatenpositioniersystems für die spanende Fertigung bewertet. Anschließend wird die Regelung der Planarmotoren um den sechsten Freiheitsgrad erweitert. Dadurch kann die bisher notwendige mechanische Verdrehsperre entfallen, sodass ein in allen sechs Freiheitsgraden aktiv geführtes Mehrkoordinatenpositioniersystem umgesetzt ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen