Grundlagenuntersuchungen zur Anwendung der Impulskompensation von Lineardirektantrieben an einem Kreuzschlitten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand dieses Forschungsprojekts war der Nachweis der Wirksamkeit der bisher nur einachsig untersuchten Impulskompensation an verkoppelten Achsstrukturen. Die Grundlagen dafür wurden im ersten Antragszeitraum mit Konstruktion und Aufbau des Kreuzschlittens sowie seiner Modellierung in Matlab/Simulink gelegt. Ein im ersten Antragszeitraum aufgebautes, umfangreiches DBS-Modell des Kreuzschlittens wurde um dessen elastische Eigenschaften erweitert und mittels geeigneter Experimente abgeglichen. Mit diesem Modell wurden simulative Untersuchungen zur Erweiterung der Verfahren zur Impulskompensation mit vorausberechneten Sollbahnen durchgeführt. Anschließend wurden die Simulationsergebnisse verifiziert, indem diese Ansätze in der Steuerung des Kreuzschlittens implementiert und die damit erzielbare Verringerung der Strukturanregung experimentell nachgewiesen wurde. Der Kreuzschlitten wurde in ein vorhandenes Gestell mit einer HSC-Frässpindel sowie einer dritten Bewegungsachse eingebaut und so zu einer 3-Achs- Fräsmaschine erweitert. An dieser Maschine wurde die erreichte Maschinengenauigkeit untersucht, die maßgeblich durch die erzielte geometrisch-kinematische Genauigkeit des Kreuzschlittens bestimmt wird. Es konnte eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Fehler nachgewiesen werden. Damit ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Korrektur der Bewegungsfehler gegeben. Fehler aus der ungenauen Fertigung und Montage des Kreuzschlittens können also bewusst in Kauf genommen werden. Um eine zufriedenstellende Arbeitsgenauigkeit des Kreuzschlittens zu erzielen, wurde zusätzlich eine Korrektur der volumetrischen Fehler parametriert und implementiert, um das Potential dieses neuartigen Maschinenkonzepts zu unterstreichen. Abschließend wurde anhand ausgewählter Bearbeitungsprozesse die Praxistauglichkeit der entwickelten Verfahren zur Impulskompensation nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass die Konturgenauigkeit am Werkstück auch bei einer dynamisch sehr nachgiebigen Maschinenstruktur durch aktive Kompensation der schwingungsanregend wirkenden Antriebsreaktionskräfte signifikant reduziert werden kann. Dadurch können die mit Lineardirektantrieben möglichen Kraftanstiegsgeschwindigkeiten und damit die Erhöhung des maximal zulässigen Rucks bei der Bahnvorgabe erreicht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Vorab-Sollwertberechnung für die Impulskompensation von Lineardirektantrieben. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 106 (2011), Nr. 5, S. 352-355
Großmann, K.; Müller, J.; Peukert, C.
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Sollbahnberechnung zur Impulskompensation von Lineardirektantrieben. In: 16. VDI Getriebetagung Bewegungstechnik 2012. Nürtingen, 11.-12. September 2012
Peukert, C.; Müller, J.; Großmann, K.
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Impulskompensation von Lineardirektantrieben – Simulationsgestützte Untersuchung der Wirksamkeit der Impulskompensation in einem Achsverbund. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 108 (2013), Nr. 6, S. 430–434
Großmann, K.; Müller, J.; Merx, M.; Peukert, C.
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Reduktion antriebsverursachter Schwingungen. In: Antriebstechnik / ant Journal 53 (2014), Nr. 4, S. 35–42
Großmann, K.; Müller, J.; Merx, M.; Peukert, C.
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Sollbahnberechnung zur Impulskompensation eines linearmotorgetriebenen Kreuzschlittens. In: VDI/VDE-Tagung: Antriebssysteme 2015. Aachen, 11.-12. November 2015
Peukert, C.; Müller, J.; Merx, M.; Kung, S.; Großmann, K.
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Innovatives mechatronisches Systemkonzept für eine hochdynamische Werkzeugmaschine. In: Bertram, T. (Hrsg.); Corves, B. (Hrsg.); Janschek, K. (Hrsg.): Mechatronik 2017. Dresden, 09.-10. März 2017. – ISBN 978–3–00– 055832–0, S. 203–208
Ihlenfeldt, S.; Müller, J.; Merx, M.; Peukert, C.
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A Novel Concept for Highly Dynamic Over- Actuated Lightweight Machine Tools. Mechatronics 2018 – The 16th Mechatronics Forum Biennial International Conference
Ihlenfeldt, S.; Müller, J.; Merx, M.; Peukert, C
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Efficient FE-modelling of the Thermo-elastic Behaviour of a Machine Tool Slide in Lightweight Design. In: 1st Conference on Thermal Issues in Machine Tools. Dresden, 21.-23. März 2018
Peukert, C.; Müller, J.; Merx, M.; Galant, A.; Fickert, A.; Zhou, B.; Städtler, S. ; Ihlenfeldt, S.; Beitelschmidt, M.
