Ein Beitrag zur Auslegung robuster Mehrmassendampfer fur Werkzeugmaschinen

摘要

Schwingungen im spanenden Bearbeitungsprozess konnen nicht vermieden werden. Allein die Rotation z. B. eines Fraswerkzeuges fuhrt zu einer harmonischen Fremderregung der Werkzeugmaschine in der Drehfrequenz. Neben derartigen Fremderregungen sind auch selbsterregte Schwingungen - wie das klassische "Rattern" - eine grosse Herausforderung fur produzierende Unternehmen. Hilfsmassendampfer (HMD) sind eine Moglichkeit sowohl fremd- als auch selbsterregte Schwingungen zu reduzieren. Der meist einfache Aufbau eines HMD fuhrt zu sehr geringen Kosten in der Umsetzung. Allerdings ist der passive HMD in der Regel nur auf eine einzige kritische Resonanzstelle abgestimmt. Verandert nun die Maschine ihre dynamischen Eigenschaften, beispielsweise infolge der kurzeren Auskragung des Z-Schiebers einer Portalmaschine oder eines Bohrwerkes, so kann der HMD nicht mehr seine optimale Wirkung entfalten. Der sogenannte Mehrmassendampfer (MMD) setzt im Vergleich zum HMD mehrere, aufeinander abgestimmte Einzelmassen ein. Durch die Verteilung der Einzelmassen wird die Robustheit des Zusatzsystems bezuglich einer Veranderung oder Fehleinschatzung der dynamischen Eigenschaften der Maschine gesteigert, sodass der Wirkbereich und damit der Nutzen des Zusatzsystems effektiver und praxistauglicher wird. Die in dieser Arbeit vorgestellte Auslegung fur MMDs nutzt anders als bisherige Ansatze die Finite Elemente Methode (FEM) zur physikalischen Berechnung des Schwingungsverhaltens der Maschine. Somit wird die Genauigkeit der Auslegung durch eine exaktere Approximation der Maschinenstruktur erhoht. Neben der Schwingungsamplitudenreduktion infolge einer Fremderregung wird in diesem Beitrag insbesondere auf die Stabilitat des Bearbeitungsprozesses und damit auf selbsterregte Schwingungen (z. B. regeneratives Rattern) eingegangen. Mit der vorgestellten neuartigen Auslegungsmethode sollen selbsterregte Schwingungen nachhaltig vermieden werden.