Einfluss der Komponentendämpfung auf die dynamischen Eigenschaften und die Prozessstabilität von Werkzeugmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288097798

Die Arbeitsgenauigkeit und das Leistungsvermögen einer spanenden Werkzeugmaschine werden durch die Wechselwirkung zwischen dem Schnittprozess und dem dynamischen Nachgiebigkeitsverhalten der Werkzeugmaschine bestimmt. Ausgeprägte dynamische Nachgiebigkeiten, die aufgrund unzureichender Steifigkeit oder Dämpfung im Kraftfluss der Maschine entstehen, können zu Prozessinstabilitäten, dem sogenannten regenerativen Rattern, führen. Diese selbsterregten Schwingungen begrenzen das Leistungsvermögen der Maschine und verursachen neben der Beeinträchtigung der Oberflächenqualität des Werkstücks auch einen erhöhten Verschleiß an Werkzeug und Maschine. Für eine gezielte Auslegung des dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens im Entwicklungsprozess ist die Kenntnis der Steifigkeiten, Massen und der Dämpfung aller im Kraftfluss befindlichen Strukturbauteile, Maschinenelemente und Fügestellen notwendig. Während Massen und Steifigkeiten häufig bekannt sind, fehlen validierte Dämpfungsmodelle und deren Parametrierung. Um diese Defizite abzubauen wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft die Forschergruppe "Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen" gefördert. Im Teilprojekt "Methodik für die Messung von Dämpfungseffekten in Maschinenkomponenten" wurden am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen die methodischen Voraussetzungen geschaffen, die Dämpfung von Maschinenkomponenten zu modellieren und zu parametrieren. Dabei konnte ein signifikanter Einfluss von Konstruktionsvarianten und verschiedenen Schmierstoffen auf die Dämpfung von Linearachskomponenten nachgewiesen werden. Die erarbeitete Methode zur reproduzierbaren Ermittlung der Dämpfung und die damit verbundene Kenntnis der Dämpfungseffekte von Linearachskomponenten soll in diesem Transferprojekt genutzt werden, um das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen gezielt zu verbessern. Dazu werden zwei unterschiedliche Werkzeugmaschinen der Anwendungspartner, ein Bearbeitungszentrum und eine Drehmaschine, untersucht. Die Dämpfungseigenschaften der Linearachskomponenten beider Maschinen werden mithilfe von Prüfständen ermittelt und auf Grundlage der Kenntnis über die Dämpfungseffekte werden gezielt einzelne Maschinenkomponenten modifiziert. Es werden beispielsweise die Profilschienenführungen durch Konstruktionsvarianten ersetzt, die aufgrund einer höheren Dämpfung eine Verbesserung der Maschinendynamik versprechen. Die messtechnische Untersuchung der modifizierten Maschine zeigt, ob durch die einfache Modifikation einzelner Linearachskomponenten das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten und die Prozessstabilität der gesamten Werkzeugmaschinen gezielt beeinflusst werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH; INDEX-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky