MinErwA - Minimalinvasive Erweiterung der Antriebsfunk­tionalität zur aktiven Schwingungsdäm­pfung an Motorspindeln

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Einführung

Ratterschwingungen, die während der spanenden Bearbeitung auftreten, führen zu erhöhtem Werkzeugverschleiß, schlechter Oberflächenqualität der Bauteile und können gegebenenfalls einen Werkzeugbruch verursachen. Man ist daher bestrebt, solche Schwingungen zum Beispiel durch konstruktive Maßnahmen zur Steigerung von Steifigkeiten und Dämpfungen der Maschine, durch Anpassung der Prozessparameter oder durch zusätzliche aktive Komponenten zu minimieren. Zur aktiven Kompensation von Schwingungen in Werkzeugmaschinen sind bereits vielfältige Lösungsansätze erprobt worden - zu einer größeren Verbreitung dieser Systeme ist es jedoch bisher nicht gekommen. Ursächlich dafür sind neben einem größeren Gestaltungs- und Auslegungsaufwand vor allem die zu hohen Kosten für die zusätzlich benötigte Aktorik einschließlich der zu ihrer Ansteuerung erforderlichen Leistungselektronik.

Zielstellung

Ziel des Vorhabens ist es, in einer Motorspindel ein mechatronisches System zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens und zur aktiven Kompensation von Schwingungen zu verwirklichen, welches keine zusätzliche Aktorik benötigt. Dazu soll das Konzept des lagerlosen Motors eingesetzt werden, um sowohl das Antriebsmoment bereitzustellen als auch zur Schwingungskompensation eine Kraft senkrecht zur Rotationsachse einzuprägen. Als Aktor des mechatronischen Systems wird die Wicklung der Motorspindel selbst genutzt. Der radiale Kraftvektor wird durch gezielte Beeinflussung der Ströme in den einzelnen Polwicklungen realisiert; deren Ansteuerung erfolgt durch die Leistungselektronik des Spindelmotors.

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Lösungsweg

Ziel des Projektes ist es, Schwingungen bei der spanenden Bearbeitung, die durch Eigenformen des Spindel-Lagersystems induziert werden, mittels eines kompakten lagerlosen Motors aktiv zu dämpfen. Daraus resultieren insbesondere folgende Zielstellungen:

• Konstruktion und Auslegung eines lagerlosen Motors, der eine dynamische Verteilung der Antriebsleistung zwischen Drehmoment und Radialkraft ermöglicht
• Entwicklung eines leistungsfähigen Umrichters zum Betrieb des Motors
• Realisierung der nötigen digitalen Regelungstechnik
• Erstellen eines Modells des Systems zur prozessaktuellen Anpassung der Steuerungs- und Regelungsparameter
• Optimierung der Steuerungs- und Regelungsgrößen hinsichtlich der Vermeidung selbsterregter Schwingungen an Hauptspindeln

Kontakt

© Crispin-Iven Mokry

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Name

Mr Damian Anders

Maschinenverhalten

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