Entwicklung einer Hybrid-Vorschubachse zur Verfahrenserweiterung an Großdrehmaschinen

Laufzeit:	01/2001 – 12/2002
Finanzierung:	AiF PROINNO / Industrie
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Jens Müller
Kooperation:	Wohlenberg Werkzeugmaschinen GmbH

Zielstellung

Für die Drehmeißelfeinzustellung im Submikrometerbereich war eine werkzeughalterintegrierte numerisch steuerbare Feinzustelleinrichtung zu schaffen, die als Zusatzaggregat für Großdrehmaschinen verwendet werden kann und die entsprechende Anforderungen an passive Steifigkeit und Überlastbarkeit (Robustheit) erfüllen muss.

Lösungsweg

Die Themen der technologischen Produkt- und Verfahrensentwicklung im Kooperationsvorhaben waren:

Entwicklung der werkzeughalterintegrierten Feinzustelleinrichtung (Konzept, FE-gestützte Auslegung, Konstruktion)
Entwicklungsbegleitende Simulation durch Modellierung aller Systemkomponenten zur Vorab-Bewertung des Stellverhaltens
Softwaremodifikation in der NC-Steuerung
Bau eines Prototypen
Simulationsgestützter Entwurf und Parametrierung der Lageregelung
Inbetriebnahme der Gesamtlösung
Einsatzuntersuchung der Gesamtlösung im realen technologischen Prozess (Pilotprojekt)

Ergebnisse

Im Forschungsprojekt wurden Anforderungen an die zu entwickelnde Mikroachse auf Basis eines repräsentativen technologischen Anwendungsfalles sowie vorgegebener Bauraum- und Umgebungsverhältnisse definiert. Auf dieser Grundlage wurde ein Versuchsmuster sowie ein, auf den Einsatz an einer konkreten Maschine einschließlich Steuerung zugeschnittener, Prototyp einer Drehmeißelfeinzustelleinrichtung konzipiert, konstruiert, ausgelegt, gefertigt, in Betrieb genommen und experimentell untersucht.
Aus am Schlitten und am Gestell der Mikroachse in Bewegungsrichtung gemessenen Nachgiebigkeitsfrequenzgängen konnte die erste Eigenfrequenz von 270 HZ sowie die passive (ohne Ansteuerung) und aktive (in Lageregelung) Steifigkeit von 83 N/µm und 385 N/µm ermittelt werden.

Die Beurteilung des Stellverhaltens erfolgte durch Ermittlung der kleinsten verfahrbaren Schrittweite (Step-Response-Test), für die ein Wert von 0,1 µm bestimmt wurde. Zur Einschätzung des Störverhaltens wurde die Reaktion auf einen Kraftsprung beobachtet, woraus eine "dynamische Störsteifigkeit" von 250 N/µm berechnet werden konnte.
Weiterhin wurden Sprungantworten gemessen, um die maximal zulässige Beschleunigung zu ermitteln. Anhand dieser Messdaten konnte auch die Maximalgeschwindigkeit der Achse von 500 µm/s ermittelt werden.

Bei Drehversuchen wurden Stufen, Kegel und Kreisbögen mit unterschiedlichen Zustellwegen gedreht. Gemessen wurde die Genauigkeit der gedrehten Stufen. Die Abweichungen von den Sollwertvorgaben lagen hier unterhalb der Messgenauigkeit.