Adaption des mechanischen Übertragungsverhaltens elektromechanischer Vorschubantriebe unter regelungstechnischen Gesichtspunkten zur Optimierung des dynamischen Verhaltens unter gleichzeitiger Minimierung des Verschleißes

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Günter Pritschow (†)
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 47530032

Um die Produktivität von Werkzeugmaschinen zu erhöhen, werden Vorschubantriebe mit höherem Leistungspotential eingesetzt. Dabei ist das Beschleunigungsvermögen der Vorschubantriebe nicht allein entscheidend, sondern auch die einstellbare Geschwindigkeitsverstärkung Kv. Diese hat Einfluss auf die erzielbare Ruckhöhe und Bahngenauigkeit. Die erste Eigenfrequenz begrenzt den einstellbaren Kv-Wert. Durch Vorspannen der Lager und des Spindel-Mutter-Systems kann die Gesamtsteifigkeit erhöht und damit höhere Eigenfrequenzen bei gleich bleibender Masse erzielt werden. Jedoch reduziert die Vorspannung die Lebensdauer der Lager und des Spindel-Mutter- Systems. Hohe Steifigkeit durch Vorspannen und lange Lebensdauer sind also konträr. Ziel des Forschungsvorhaben ist die Bandbreitenanpassung von Kugelrollspindelantrieben an die Bedürfnisse der Genauigkeitsanforderungen einer Werkzeugbewegung durch Adaption des mechanischen Übertragungsverhaltens mit dem Ziel der Minimierung des Verschleißes der Kugelrollspindeleinheit.Da bei hohen Geschwindigkeiten eine erhöhte Reibung besonders negative Auswirkungen auf den Verschleiß durch Temperaturerhöhungen hat, wurde vorgeschlagen, die Vorspannung an den aktuellen Prozess anzupassen. Folglich sollte bei Eilganggeschwindigkeiten ohne Bearbeitungsvorgang und damit eher geringen Dynamikanforderungen die Vorspannung geringer sein und bei Bewegungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen während der Bearbeitung die Vorspannung erhöht werden. Bis zum Zeitpunkt des Zwischenberichtes der ersten Förderphase wurden die Eigenschaften von Komponenten, da diese für die Aktorauslegung, Simulation und den anschließend gebauten Versuchstandauslegung relevant sind, simulativ untersucht. Die Modellierung der mechanischen Übertragungselemente als beeinflussbare Elemente der Regelstrecke wurde vorgenommen, um die Auswirkung von Parameteränderungen auf den Frequenzgang der Mechanik untersuchen und bewerten zu können. Daraufhin wurden Konzepte zur Vorspannungsanpassung erarbeitet und bewertet. Ein für praktische Anwendungen Erfolg versprechendes Lösungsprinzip auf der Basis einer Drehmomentenvorgabe für die zweite Mutter eines Kugelgewindetriebs wurde als Versuchsstand realisiert und experimentell untersucht. Die gemessenen Ergebnisse bestätigten die Erwartungen. Im vorliegend beantragten Förderzeitraum wird die gefundene Lösung für das Maschinenelement „Kugelgewindetrieb" zu einer adaptiven Einheit umgestaltet und an einem Versuchsträger appliziert. Zur Adaption des Elements an die Maschinensteuerung wird deren Architektur um eine Schnittstelle erweitert, welche im Verbund mit einer Entscheidungslogik abhängig von der aktuellen Verfahr- bzw. Bearbeitungssituation der Achse verschleißoptimale Vorspannungswerte sowie die daran angepassten Reglerparameter liefert.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1156: Adaptronics for Machine Tools
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl