Semi-aktive Komponente zur Ratterunterdrückung an spanenden Werkzeugmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329109043

Die Arbeitsgenauigkeit und die Verbesserung der Produktivität einer spanenden Werkzeugmaschine ist durch die Interaktion Werkstück - Werkzeug begrenzt. Diese Interaktion stellt die Wechselwirkung zwischen dem Schnittprozess und dem dynamischen Nachgiebigkeitsverhalten der Werkzeugmaschine dar. Bei hohen Schnittkräften und nicht ausreichender Steifigkeit oder Dämpfung im Kraftfluss der Maschine können unerwünschte selbsterregte Schwingungen (Rattern) auftreten. Diese Schwingungen gefährden die Stabilität des Bearbeitungsvorgangs.Bei der Reduktion von Ratterschwingungen befassen sich viele Ansätze mit der Verbesserung des Nachgiebigkeitsverhaltens der Werkzeugmaschine. Komplexe aktive Systeme sind Stand der Forschung, jedoch findet deren Umsetzung im industriellen Umfeld aufgrund der hohen Kosten kaum statt. Stattdessen sind hauptsächlich einfache passive Systeme im industriellen Umfeld zu finden, die aber nur für bestimmte Maschinen und Prozesse geeignet sind und ausgelegt werden können. Am wbk, Institut für Produktionstechnik wird an einem neuartigen Ansatz geforscht, mit dem die Eigenfrequenzen von Werkzeugmaschinen durch den Einsatz einer semi-aktiven Komponente geändert werden können. Vorarbeiten zeigen, dass das Nachgiebigkeitsverhalten dieser neuen Komponente für beliebige Frequenzbereiche veränderbar ist. Der semi-aktive Ansatz zur Reduktion von Ratterschwingungen vereint die Vorteile der aktiven und passiven Systeme, da er über alle Frequenzbereiche hinweg gültig ist und zudem ein hohes Umsetzungspotential verspricht.Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Potential dieses Ansatzes auszuschöpfen, um Rattern zu unterdrücken. Es soll untersucht werden, wie die Bearbeitungsstabilität einer Werkzeugmaschine durch eine gezielte adaptive Änderung des dynamischen Verhaltens verbessert werden kann. Hierfür wird zuerst die Modellierung der adaptiven Komponenten untersucht, um die Einflüsse und Wechselwirkungen der verwendeten Flüssigkeit auf das Nachgiebigkeitsverhalten zu verstehen. Anschließend wird ein automatisiertes Vorgehen entwickelt, um die Struktur der semi-aktiven Komponente hinsichtlich einer Erhöhung der Bearbeitungsstabilität zu optimieren. Schließlich wird der Ansatz am Beispiel eines Werkzeugmaschinenschlittens validiert, indem das automatisierte Vorgehen umgesetzt und die daraus resultierende semi-aktive Komponente im Rahmen von Bearbeitungsversuchen getestet wird. Durch das Erreichen dieses gesetzten Ziels ist es anwendungstechnisch möglich, eine Werkzeugmaschine adaptiv an die jeweilige Bearbeitungssituation anzupassen. Die gezielte adaptive Änderung der Bearbeitungsstabilität der Werkzeugmaschine, wie sie im vorliegenden Forschungsvorhaben vorangetrieben wird, ist eine günstige, einfache und erfolgversprechende Lösung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen