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Tilgerauslegung für ein Bearbeitungszentrum

 

Bei einem Bearbeitungszentrum traten abhängig von der Werkzeugposition hohe Schwingamplituden an der Werkzeugspindel auf. Diese Schwingungen sind resonanzbedingt und werden durch die Restunwucht der Spindel und den Eingriff des Werkzeugs angeregt.

Nach Aufbau eines mit Schwingungsmessungen korrelierten FE-Modells (obere Abbildung) konnten die Schwingamplituden der Werkzeugspindel in der Betriebsdrehzahl durch gezielte lokale Versteifungsmaßnahmen bereits signifikant verringert werden.

Zur weiteren Reduktion der Werkzeugspindelschwingungen in den beiden Hauptresonanzen wurden zwei unabhängige passive Tilger für den Kreuz- und den z-Schlitten entwickelt. Um eine effiziente Anwendung von Optimierungsalgorithmen zu ermöglichen, wurden die Modaldaten der Bearbeitungsmaschine nach MATLAB/Simulink exportiert.

Zunächst wurden die im Rahmen der konstruktiven Machbarkeit optimalen Tilgerpositionen ermittelt. Anschließend wurden die beiden Optima für die Tilgermasse, -steifigkeit und -dämpfung mittels einer Parametervariation ermittelt.

Die mittlere Abbildung zeigt beispielhaft den Verlauf der maximalen dynamischen Nachgiebigkeit an der Spindelspitze bei Variation der Tilgermasse und der Tilgersteifigkeit. Mit zunehmender Tilgermasse steigt die optimale Tilgersteifigkeit überproportional an.

Trotz der bereits recht hohen Dämpfungen in den relevanten Resonanzstellen ist noch eine Amplitudenreduktion von etwa 45% für die erste Resonanzstelle und etwa 25% für die zweite Resonanzstelle zu erwarten. Dies wurde in Versuchen bestätigt, was die untere Abbildung deutlich zeigt.

PDF-Download
Tilgerauslegung 1

FE-Modell des Bearbeitungszentrums

Tilgerauslegung 2

Auslegung für Tilger: maximale dynamische Nachgiebigkeit in Abhängigkeit von Tilgermasse und Tilgersteifigkeit

Tilgerauslegung 3

Gemessene Übertragungsfunktion an der Spindelspitze der Werkzeugmaschine ohne Tilger und mit beiden Tilgern

© ISMB Dautermann GmbH