Auswuchtung von Spindeln für die ultrapräzise Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ekkard Brinksmeier; Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhfuß
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211652309

In der ersten Förderphase wurden die generelle Machbarkeit eines automatischen Auswuchtsystems durch die Realisierung von Prototypen zur ultrapräzisen Manipulation der Wuchtgüte sowie Maßnahmen zur Verbesserung der Wuchtdetektion nachgewiesen. Hierbei konnten teilautomatische Auswuchtsysteme realisiert werden, die in Kombination mit einer gezielten Reduzierung der Systemsteifigkeit in der Lage sind, eine luftgelagerte Spindel für verschiedene Drehzahlen bis auf die (manuell nicht erreichbare) Gütestufe G0.004 auszuwuchten.In der zweiten Förderphase sollen die Grundlagen für eine vollständige Automatisierung des Auswuchtprozesses erarbeitet werden. Neben der Stabilität, der Geschwindigkeit und der Genauigkeit des Wuchtens sind die Wechselwirkungen mit dem Maschinengestell und den Komponenten der anderen Teilprojekte Forschungsgegenstand der beantragten Arbeiten.Eine vollständige Automatisierung ermöglicht es, die Nebenzeit für das Auswuchten auf nahezu null zu reduzieren, wenn der Auswuchtprozess parallel zum Hochlaufen der Spindel erfolgt. Dazu muss der Wuchtzustand auch im unteren Drehzahlbereich der Spindel sicher erkannt werden. Aufgrund des Übertragungsverhaltens der Luftlagerung in der Spindel ist dies nur direkt am Rotor möglich, wie in der ersten Förderphase gezeigt wurde. Daneben hat sich das Prinzip des freien Hangs bewährt, sodass er als Teil des Auswuchtsystems in der zweiten Förderphase betrachtet werden soll und zum dynamischen Hang mit einstellbarer Steifigkeit und Dämpfung zu erweitern ist. Die erforderliche Modellierung des Regelsystems zur Überwachung und Regelung des Auswuchtsystems stellt im Hinblick auf die zu erwartenden Wechselwirkungen mit dem strukturdynamischen Verhalten des Maschinengestells, der thermischen Schneidenverstellung und den Vorschubachsen eine besondere Herausforderung dar.Zum Verständnis der Wechselwirkungen müssen die Mechanismen, welche die Ausbildung der optischen Oberfläche beeinflussen, messtechnisch erfasst werden. Beispielsweise können Bahnabweichungen sowohl Werkstückseitig durch das Vorschubsystem als auch Werkzeugseitig durch Änderungen des Flugkreises entstehen und hängen somit auch vom Wuchtzustand ab. Eine UP-gefräste Oberfläche bildet die Summe dieser Einflüsse ab, aus der auf die einzelnen Wirkanteile mit bekannten Analysemethoden nicht zurückgeschlossen werden kann. Zur Analyse dieser Wirkzusammenhänge sind daher Kennwerte aus den Ortsfrequenzen der Oberfläche zu erarbeiten, um auf die jeweiligen Einflusseffekte, insbesondere die Unwucht, zu schließen. Zum Ende der zweiten Förderphase wird das vollautomatische Auswuchtsystem zusammen mit den in den anderen Teilprojekten entwickelten Komponenten in eine gemeinsame Demonstationsplattform des Projektes integriert und auf die Leistungsfähigkeit in realen Einricht- und Fräsprozessen untersucht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1845: Ultrapräzise Hochleistungsbearbeitung
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Oltmann Riemer