Verbesserte Bahnführung von Vorschubachsen durch trägheitsbasierten Impulsaktor am Maschinentisch (IMPULS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391879683

Vorschubantriebe in Werkzeugmaschinen erzeugen relative Bahnen zwischen Werk-zeug und Werkstück, indem sie einen programmierten Bewegungsablauf ausführen. Typische Anforderungen sind das Einhalten der vorgegebenen Geometrie innerhalb einer gegebenen Toleranzgrenze bei gleichbleibender Bahngeschwindigkeit. Eine begrenzte Motorkraft und die strukturelle Nachgiebigkeit der Maschinen erfordern jedoch eine Begrenzung der Beschleunigung und des Rucks. Profile, die Geschwindigkeitssprünge beinhalten, können deshalb nicht mit konstanter Bahngeschwindigkeit geplant werden. In den ersten zwei Förderperioden wurde hierfür ein hybrider Ansatz zur Überwindung solcher Einschränkungen untersucht. Ein trägheitsbasierter Aktor wird an den Vorschubachsen angebracht und kann über mechanische Stöße einen definierten Impuls übertragen, um diese zu beschleunigen. Dies ermöglicht nahezu sprunghafte Änderungen der Verfahrgeschwindigkeit und reduziert gleichzeitig die Strukturanregung. Innerhalb der beiden Förderperioden wurde der Funktionsnachweis zunächst an einer Einzelachse und im Anschluss an zwei senkrecht zueinanderstehenden Achsen durchgeführt und die erreichbare Dynamik und die Grenzen des Konzepts untersucht. Im Zuge der dritten Förderperiode soll das Konzept weiter verbessert, die Genauigkeit erhöht und die identifizierten Defizite adressiert werden. Hierfür wird eine Variation der Kontaktverhältnisse vorgesehen, die das Konzept weniger dynamisch machen als die bisher untersuchte Konfiguration, die auf maximale Dynamik ausgelegt ist. Durch kontrollierte Reduktion der Dynamik des Konzepts werden die weiteren Komponenten in einer Maschine weniger belastet, gleichzeitig bleibt die Dynamik des Konzepts höher als mit konventionellen Antrieben erreichbar ist. Weiterhin soll mithilfe von FE-Methoden ein Modell entwickelt werden, mit dem eine simulative Abschätzung der Kontaktparameter möglich ist. Dies ist notwendig für Konfigurationen, bei denen die bisherige Identifikation, welche bei einer stehenden Grundachse durchgeführt wird, nicht möglich ist. Ein Beispiel hierfür ist eine mechanische Kopplung im Antriebssystem (z.B. bei einem Gewindetrieb), welche bei einem Stoß beschädigt werden kann. Das Ziel der dritten Förderperiode ist somit das Konzept näher an eine reale Anwendung zu bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler