Methodik für die Messung von Dämpfungseffekten in Werkzeugmaschinenkomponenten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Teilprojekt 2 der Forschergruppe FOR1087 „Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen“ wurde die Dämpfung von Maschinenelementen untersucht. Bei den Untersuchungsobjekten handelt es sich um Maschinenelemente einer Linearachse mit Kugelgewindetrieb und einer Hauptspindel, die im gemeinsamen Versuchsträger der Forschergruppe, der Werkzeugmaschine DMC55H, verbaut werden. Zur Bestimmung von verschiedenen Einflussfaktoren wurden weitere Komponenten mit unterschiedlichen Baugrößen, Bauformen, Vorspannungen, Wälzkörpern und Schmierstoffen untersucht. Zur Identifikation geeigneter parametrierbarer Objektmodelle wurde die im Rahmen der Forschergruppe gemeinsam entwickelte Methodik für Maschinenelemente angepasst. Das Untersuchungsobjekt wird dabei in einem schwingungsfähigen System vermessen, dessen Eigenformen maßgeblich von einer Bewegung im Untersuchungsobjekt dominiert werden. Das Dämpfungsmaß dieser Eigenformen beschreibt daher die Dämpfung des Untersuchungsobjektes in der entsprechenden Bewegungsrichtung. Zur eindeutigen Isolation der Dämpfung des Untersuchungsobjektes von der Dämpfung des Prüfstandes wird dieser zunächst mit einem schwach gedämpften Referenzobjekt aus Vollmaterial vermessen, der ähnliche Steifigkeiten wie das Untersuchungsobjekt aufweist. Auf Basis dieser Messungen kann die Prüfstandsdämpfung in einem Simulationsmodell des Prüfstandes identifiziert werden. Im folgenden Schritt wird das Referenzobjekt im Prüfstand durch das Untersuchungsobjekt und im Modell durch ein Objektmodell ersetzt. Durch einen Abgleich der Parameter des Objektmodells, kann die Dämpfung des Untersuchungsobjektes identifiziert werden. Mit dieser Methodik wurden im zweiten Teilprojekt Profilschienenführungen, Wellenlager, KGT-Muttern, Kupplungen, Spindellagerpakete, Gleit-, Kugelbuchsen und ein Werkzeugspannsystem hinsichtlich ihrer Dämpfung untersucht und geeignete lineare Objektmodelle identifiziert. Die Auswahl eines geeigneten Modellierungsansatzes erfolgte durch die dynamische Verstimmung der Einzelprüfstände. Durch die Anwendung der Objektmodelle an den Teilsystemen einer konventionellen Linearachse und an einer Hauptspindel konnte die Prognosefähigkeit der identifizierten Modelle nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieses Teilprojekts die Dämpfungsmodellierung an einer realen Werkzeugmaschinenstruktur validiert. Dazu wurden die Objektmodelle aller Linearachskomponenten der Heller H2000 identifiziert und die Maschine im Versuch und Simulation sequentiell aufgebaut. Alle Objektmodelle wurden für definierte Gültigkeitsbereiche parametriert, wie z.B. für Vorspannung, Baugröße, Bauform sowie für bestimmte Montagezustände. Die Objektmodelle sind die notwendige Basis für die ganzheitliche Simulation des dynamischen Verhaltens des Versuchsträger. Durch die Untersuchung der verschiedenen Einflussfaktoren wird zudem das Verständnis für die Dämpfungseffekte von Maschinenelementen erhöht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dämpfung in Werkzeugmaschinen. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 105. Jg., 2010, 7-8, S. 676–680
Großmann, K.; Rudolph, H.; Brecher, C.; Fey, M.; Zäh, M. F.; Niehues, K.; Schwarz, S
- Ermitteln der Dämpfung eines Spindellagerpakets. In: wt Werkstattstechnik Online. 102. Jg., 2012, Nr. 5, S. 282–287
Brecher, C.; Habermann, R.; Fey, M.
- Identification method for damping parameters of roller linear guides. In: Production Engineering. 6. Jg., 2012, 4-5, S. 505–512
Brecher, C.; Fey, M.; Bäumler, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-012-0400-z) - Lineare Dynamikmodelle für verschraubte Fugen. In: wt Werkstattstechnik Online. 102. Jg., 2012, Nr. 5, S. 276–281
Brecher, C.; Großmann, K.; Zäh, M.; Fey, M.; Schwarz, S.; Niehues, K.
- Damping models for machine tool components of linear axes. In: CIRP Annals - Manufacturing Technology. 62. Jg., 2013, Nr. 1, S. 399–402
Brecher, C.; Fey, M.; Bäumler, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2013.03.142) - Comparison of damping properties of spindle bearings. In: 16th International Conference on Machine Design and Production. Ankara, Türkei, 2014, S. 427–442
Brecher, C.; Fey, M.; Habermann, R.
- Dämpfung in Profilschienenfuehrungen. In: wt Werkstattstechnik Online. 104. Jg., 2014, Nr. 5, S. 295–300
Brecher, C.; Fey, M.; Wagner, M.
- Realer Nutzen aus virtuellen Produktionsmaschinen. In: Integrative Produktion. Industrie 4.0 Aachener Perspektiven. Aachen: Shaker, 2014. S. 69-94
Brecher, C.; Beck, M.; Bock, G.; Broos, A. et al.
- Dämpfung von Loslagerkomponenten einer Hauptspindel. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 2015, Nr. 3, S. 98–102
Brecher, C.; Habermann, R.; Fey, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111287) - Dämpfungseigenschaften reproduzierbar ermitteln. In: maschinenmarkt. 121. Jg., 2015, Nr. 21, S. 42–44
Brecher, C.; Fey, M.; Wagner, M.
- Modeling of the contact damping in tool interfaces. In: Practical Aspects of Structural Dynamics. Vibrations, Damping. Bernau am Chiemsee: NAFEMS, 2015, S. 46–53
Brecher, C.; Habermann, R.; Fey, M.
- Dämpfungseigenschaften der SK 40-Schnittstelle. In: VDI-Z Integrierte Produktion, 2016, Nr. 1, S. 40–43
Brecher, C.; Habermann, R., Motschke, T.; Bergs, C.
- (2017) Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen. Untersuchung der Komponentendämpfung einer exemplarischen Linearachse. In: VDI-Z Integrierte Produktion 159 (7/8) 22-26
Brecher, C.; Wagner, M.; Fey, M.
