Use of spatially distributed damper systems in a machine tool

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2018 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 390684552

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Das Ziel dieses Projektes ist es, die Erkenntnisse des MMD-Systems, welche lediglich für den akademischen Testbetrieb praktisch umgesetzt wurden, in eine beispielhafte Anwendung zu transferieren, welche sich für den industriellen Einsatz eignet und dort im Betrieb erprobt werden kann. Zunächst wird ein neuer Dämpfer entwickelt. Die Einstellfrequenz des Dämpfers ist schnell variierbar. Weiterhin ist der Dämpfer aufgrund des zur Montage angewendeten Magnets reversibel einsetzbar. Die Dämpfung wird durch Kollision und Reibung zwischen den metallischen Komponenten generiert, was den Einsatz des Dämpfers bei rauen Umgebungsbedingungen erlaubt. In Hinblick auf die genannten Vorteile ist der Dämpfer für Industrieanwendungen geeignet. Parallel dazu wird ein FE-Modell der Zielmaschine aufgebaut und auf Basis der dynamischen Messungen parametriert. Mit dem abgeglichenen FE-Modell werden die Einsatzpositionen der Dämpfer des MMD-Systems bestimmt. Danach werden die Nenneinstellfrequenzen der Dämpfer ermittelt. Unterschiedliche Konfigurationen des ausgelegten MMD-Systems werden vor dem Einsatz an der Maschine durch Simulationen evaluiert. Diese ersten Ergebnisse für das konzipierte MMD-System sind vielversprechend, um die Vibrationen der Maschine zu reduzieren. Um das MMD-System zu validieren, werden mehrere Frequenzgangmessungen und Fräsversuche durchgeführt. Die reale Eigenfrequenz der Maschine ohne MMD-System (36,3 Hz) ist um 4,1 Hz höher als der simulierte Wert von 32,2 Hz. Trotzdem wird die maximale Nachgiebigkeit der Maschine um 71 % reduziert und der theoretische stabile Frequenzbereich für die Fräsbearbeitung wird von 36,4 Hz um 4,1 Hz auf bis 40,5 Hz erweitert. Zusätzlich werden die Ratterschwingungen durch den Einsatz des MMD-Systems vermieden. Damit wird die Wirksamkeit des MMD-Systems validiert. Die Ergebnisse des Projektes werden von Starrag und dem WZL gemeinsam bewertet. Das ausgelegte MMD-System kann als ein kosteneffizienter Problemlöser in der Produktion eingesetzt werden, um die Schwingungen der Werkzeugseite zu unterdrücken. Damit ist das Ziel dieses Projekts erreicht. Zukünftig ist es sinnvoll, die Auslegungsmethode des MMD-Systems um die Berücksichtigung der Werkstückschwingungen zu erweitern. Darüber hinaus sollte die Möglichkeit der Kombination des MMD-Systems mit anderen Schwingungsreduktionsmethoden in einem weiteren Projekt untersucht werden.

Publications

• Verteilte Mehrmassendämpfer für Werkzeugmaschinen. Dissertation. Aachen: Apprimus. 2019
  Schmidt, S.
  
• Design of a tuned mass disc damper with variable natural frequency for chatter suppression. In: Vibroengineering Procedia, Vol. 34, 2020, p. 39-42
  Brecher, C.; Zhao, G.; Fey, M.
  
• On the simulation of the first natural frequency of a tuned mass disc damper. In: MM science journal, 2021
  Brecher, C.; Zhao, G.; Fey, M.