Produktivitäts- und Genauigkeitssteigerung von Fräsmaschinen durch ruckentkoppelte Vorschubantriebe und magnetische Führungseinheiten

Die Anforderungen einer hohen Produktivität bei gleichzeitig sehr hoher Fertigungsgenauigkeit
bei der HSC-Bearbeitung stellen aufgrund der mit der höheren Dynamik
steigenden Schwingungsanregung des Maschinengestells gerade bei dem Einsatz
der Lineardirektantriebstechnik eine nicht zu vernachlässigende Herausforderung
dar.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung und Erforschung ruckentkoppelter
Vorschubachsen und aktiver, magnetischer Führungseinheiten am Beispiel einer
Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine im Hinblick auf die dadurch erreichbare Produktivitäts-
und Genauigkeitssteigerung. Hierzu wurde der Werkzeugmaschinen-Prototyp
„Neximo“ entwickelt und realisiert, dessen X- und Y-Achse mit der Ruckentkopplungstechnologie
ausgestattet ist und die Z-Achse durch ein magnetisches Führungssystem
geführt wird.
Zunächst erfolgte die ausführliche Beurteilung der statischen und dynamischen Maschineneigenschaften
sowie des geometrischen und kinematischen Verhaltens. Die
durchgeführten Vergleichsuntersuchungen der „Neximo“-Maschine mit einer Serienmaschine
für die HSC-Bearbeitung in Bezug auf die Dynamik und Genauigkeit bestätigen
das hohe Potential dieses neu entwickelten Maschinenprototyps, der die hohen
Anforderungen des Werkzeug- und Formenbaus somit erfüllt.
Die anschließende Analyse der weiterentwickelten Ruckentkopplungstechnologie im
Hinblick auf die resultierende Anregung des Maschinengestells erfolgte sowohl anhand
von Schwingungsmessungen als auch durch die Fertigung von Referenzwerkstücken.
Die Ergebnisse zeigten eine nur bedingt erfolgreiche Schwingungsreduktion
durch den Einsatz der Ruckentkopplungstechnologie, was auf die bereits sehr guten
Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der „Neximo“-Maschine zurückzuführen
ist.
Die Magnetführung der Z-Achse konnte erfolgreich in Betrieb genommen werden und
die Analyse des Führungs- und Störverhaltens bestätigte das hohe, dynamische
Steifigkeits- und Dämpfungsvermögen dieser Technologie im Vergleich zu einer
herkömmlichen Profilschienenführung. Die besondere Herausforderung der Magnetführung
der „Neximo“-Maschine stellen die unterlagerte X-Achse und die damit verbundenen,
hohen Querbeschleunigungen dar. Dieser Tatsache konnte durch den
Einsatz einer vorgesteuerten Regelung begegnet werden, so dass das Einsatzgebiet
der Magnetführungstechnologie auch auf bewegte Achsen erweitert werden konnte.