Adaptronische, hybridgelagerte Motorspindel zur prozessicheren und ratterfreien HPC-Fräsbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eberhard Abele; Professor Dr.-Ing. Rainer Nordmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 12529112

Bei Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen ist heute nicht die Leistungsfähigkeit der Antriebe sondern die dynamische Stabilität des Prozesses bei vielen Fräsoperationen leistungsbegrenzend. Insbesondere bei der Volumenzerspanung (z.B. Integralbauteile im Flugzeugbau) stellen Ratterschwingungen die Grenze der stabilen Bearbeitung dar. Die Grundlage für die Weiterentwicklung der Zerspantechnologie bilden zukünftig adaptronische Maschinenkomponenten. Mit diesen adaptronisehen Systemen werden verschiedenartige Störeinflüsse, die sich negativ auf die Genauigkeit und die Produktivität der Werkzeugmaschine auswirken, neutralisiert. Dadurch wird es möglich werden, die stabil erreichbaren Bearbeitungsgrenzen durch aktive Maßnahmen zu höheren Bereichen hin zu verschieben. Im Rahmen der ersten Förderperiode wurde eine adaptronische, hybridgelagerte Motorspindel entwickelt, die zusätzlich zur herkömmlichen Wälzlagerung im Bereich der vorderen Lagerstelle ein strukrurkonform integriertes adaptronisches Aktorsystem mit inhärenten Sensoreigenschaften besitzt. Das adaptronische System leitet Kräfte nach dem elektromagentischen Wirkprinzip berührungslos über den Luftspalt direkt auf die Spindelwelle ein. Die bisher an dieser Spindel implementierten Identifikationsniethoden erlauben die nichtparametrische Schätzung der Spindeldynamik und eine Rattererkennung während der Bearbeitung. Im Weiteren sollen parametrische Identifikationsmethoden und Diagnosefunktionen entwickelt werden, die eine präzise Aussage bezüglich der Prozessstabilität, der Wälzlagerbelastung und der Spindeldynamik liefern und so einen prozessicheren Betreib der Spindel gewährleisten. Außerdem wurde für ausgewählte Betriebspunkte nachgewiesen, dass es mit Hilfe des Aktors möglich ist, Rattern zu unterdrücken und so den stabilen Betriebsbereich der Spindel hin zu größeren Schnitttiefen zu verschieben. Es sollen nun Regelungskonzepte erarbeitet werden, welche die Ratterunterdrückung uneingeschränkt für den gesamten Betriebsbereich der Motorspindel zur Verfügung stellen und damit den praktischen Einsatz dieser Technologie in Werkzeugmaschinen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1156: Adaptronik für Werkzeugmaschinen