Details
| Translated title of the contribution | Active jerk decoupling to achieve reduced machine vibrations |
|---|---|
| Original language | German |
| Pages (from-to) | 76-82 |
| Journal | Konstruktion |
| Volume | 71 |
| Issue number | 11-12 |
| Publication status | Published - 2019 |
Abstract
High-speed machining requires machine tools with high axis dynamics. These are used, for instance, for mil-ling structural components made of aluminium for the aero-space industry. High axis dynamics reduce the piece time and thus increase the productivity of the system. Especially in the case of small axis movements, the positioning time is domina-ted by the acceleration time and the time required to achieve maximum acceleration. High axis dynamics enables rapid achievement of the required axis accelerations. Linear direct drives, in particular, achieve high axis dynamics and rapid acceleration changes due to high force increases. However, due to the high jerk (time derivative of the axis acceleration) that is required, the components of the machine tool are exci-ted to vibrate. The vibrations of the components cause unwan-ted relative movements between the tool and the workpiece. This reduces the accuracy of the machine tools. To prevent this, the maximum jerk of the drive axes is usually limited. Therefore, the potential of linear direct drives is not fully ex-ploited and productivity decreases. The Institute of Production Engineering and Machine Tools (IFW) at the Leibniz University of Hanover is therefore researching a novel approach for de-coupling the jerk. The approach is based on the integration of an actuator between the drive and the machine structure to compensate the vibrations. It has been shown that the use of the structure-integrated actuator achieves a fast and 40 % damped decay of the vibration amplitude of the machine structure. Consequently, the accuracy of the feed axis can be increased while the axis dynamics remain constant.
ASJC Scopus subject areas
- Mathematics(all)
- Theoretical Computer Science
- Materials Science(all)
- General Materials Science
- Engineering(all)
- Mechanics of Materials
- Engineering(all)
- Mechanical Engineering
Cite this
- Standard
- Harvard
- Apa
- Vancouver
- BibTeX
- RIS
In: Konstruktion, Vol. 71, No. 11-12, 2019, p. 76-82.
Research output: Contribution to journal › Article › Research
}
TY - JOUR
T1 - Mit aktiver Ruckentkopplung zu reduzierten Maschinenschwingungen
AU - Denkena, Berend
AU - Bergmann, Benjamin
AU - Böhse, Marcel-Frederic
N1 - Funding information: Das Forschungsprojekt „Aktive Ruckentkopplung für Werkzeugmaschinen“ (Projektnummer: 269666724) wird mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Das IFW bedankt sich für die finanzielle Unterstützung in diesem Projekt.
PY - 2019
Y1 - 2019
N2 - Für die Hochgeschwindigkeitszerspanung, wie beispielsweise bei der Fräsbearbeitung von Strukturbauteilen aus Aluminium für die Luft- und Raumfahrt, werden Werkzeugmaschinen mit einer hohen Achsdynamik benötigt. Eine hohe Achsdynamik reduziert hierbei die Stückzeit und steigert somit die Produktivität der Anlage. Insbesondere bei kleinen Achs-bewegungen wird die Positionierzeit von der Beschleunigungszeit und der Zeit zum Erreichen der maximalen Beschleunigung dominiert. Eine hohe Achsdynamik ermöglicht dabei ein schnelles Erreichen der erforderlichen Achs-Beschleunigungen. Insbesondere Lineardirektantriebe ermöglichen durch große Kraftanstiegsgeschwindigkeiten eine hohe Achsdynamik und schnelle Beschleunigungsänderungen. Aufgrund des erforderlichen hohen Rucks (zeitliche Änderungen der Achsbeschleunigung) werden die Komponenten der Werkzeugmaschine jedoch zu Schwingungen angeregt. Die Schwingungen der Komponenten rufen ungewollte Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück hervor. Dadurch wird die Genauigkeit der Werkzeugmaschinen gemindert. Als Gegenmaßnahme erfolgt in der Regel eine Begrenzung des maximalen Rucks der Antriebsachsen. Somit wird das Potenzial von Lineardirektantrieben nicht vollständig genutzt und es kommt zu einer Reduzierung der Produktivität. Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover erforscht daher einen neuartigen Ansatz zur Entkopplung des Rucks. Der Ansatz basiert dabei auf der Integration eines Aktors zwischen Antrieb und Maschinenstruktur, der die Schwingungen gezielt kompensiert. Es zeigt sich, dass durch den Einsatz des strukturintegrierten Aktors ein schnelles und um 40 % gedämpftes Ausklingen der Schwingungsamplitude der Maschinenstruktur erreicht wird. Als Folge erhöht sich die Genauigkeit der Vorschubachse bei gleichbleibender Achsdynamik.
AB - Für die Hochgeschwindigkeitszerspanung, wie beispielsweise bei der Fräsbearbeitung von Strukturbauteilen aus Aluminium für die Luft- und Raumfahrt, werden Werkzeugmaschinen mit einer hohen Achsdynamik benötigt. Eine hohe Achsdynamik reduziert hierbei die Stückzeit und steigert somit die Produktivität der Anlage. Insbesondere bei kleinen Achs-bewegungen wird die Positionierzeit von der Beschleunigungszeit und der Zeit zum Erreichen der maximalen Beschleunigung dominiert. Eine hohe Achsdynamik ermöglicht dabei ein schnelles Erreichen der erforderlichen Achs-Beschleunigungen. Insbesondere Lineardirektantriebe ermöglichen durch große Kraftanstiegsgeschwindigkeiten eine hohe Achsdynamik und schnelle Beschleunigungsänderungen. Aufgrund des erforderlichen hohen Rucks (zeitliche Änderungen der Achsbeschleunigung) werden die Komponenten der Werkzeugmaschine jedoch zu Schwingungen angeregt. Die Schwingungen der Komponenten rufen ungewollte Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück hervor. Dadurch wird die Genauigkeit der Werkzeugmaschinen gemindert. Als Gegenmaßnahme erfolgt in der Regel eine Begrenzung des maximalen Rucks der Antriebsachsen. Somit wird das Potenzial von Lineardirektantrieben nicht vollständig genutzt und es kommt zu einer Reduzierung der Produktivität. Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover erforscht daher einen neuartigen Ansatz zur Entkopplung des Rucks. Der Ansatz basiert dabei auf der Integration eines Aktors zwischen Antrieb und Maschinenstruktur, der die Schwingungen gezielt kompensiert. Es zeigt sich, dass durch den Einsatz des strukturintegrierten Aktors ein schnelles und um 40 % gedämpftes Ausklingen der Schwingungsamplitude der Maschinenstruktur erreicht wird. Als Folge erhöht sich die Genauigkeit der Vorschubachse bei gleichbleibender Achsdynamik.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85085274011&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.37544/0720-5953-2019-11-12-76
DO - 10.37544/0720-5953-2019-11-12-76
M3 - Artikel
AN - SCOPUS:85085274011
VL - 71
SP - 76
EP - 82
JO - Konstruktion
JF - Konstruktion
SN - 0720-5953
IS - 11-12
ER -