Auslegungsmethodik zur Integration entkoppelter Direktantriebe in spanende Werkzeugmaschinen

Lineare und rotatorische Direktantriebe besitzen aufgrund der Einsparung von mechanischen Übertragungselementen bei der Erzeugung der gewünschten Vorschubkraft ein großes Dynamikpotenzial. Die Nutzung dieses Potenzials scheitert unter anderem an den Eigenschaften der Gestellstrukturen. Hochdynamische Bahnbewegungen regen die Strukturen zum Schwingen an und verursachen Konturfehler. Die Schwingungseigenschaften werden durch die hochauflösenden Messsysteme der Direktantriebe erfasst und begrenzen die applizierbare Bandbreite der Regelung und damit die regelungstechnische Minimierung dieser Konturfehler. Eine Möglichkeit, die Rückwirkung der Strutureigenschaften zu reduzieren, ohne die Dynamik in der Bewegungsführung zur begrenzen, ist die mechanische Entkopplung der Reaktionsseite des direktangetriebenen Vorschubsystems.
Da das Funktionsprinzip in den industriellen Anwendungen noch nicht nachhaltig verankert ist, greift die vorliegende Arbeit die Frage nach der Potenzialabschätzung von entkoppelten Direktantriebsstrukturen auf. Dabei wird der kausale Zusammen-hang zwischen dem Dynamikbedarf der Bewegungsführung, der Konturgenauigkeit und der Schwingungsneigung der Strukturen hergestellt. Die bestehenden Entkoppelprinzipien zur Reduzierung der Schwingungsneigung werden analysiert und eine weitere Methode zur Dimensionierung der Entkoppelparameter wird vorgestellt. Die Beurteilung des Potenzialgewinns erfolgt anhand des geregelten Vorschubsystems unter Berücksichtigung der mechanischen Struktur. Beispiele für die Anwendung der gekoppelten Simulation zwischen Regelungstechnik und Strukturdynamik werden dabei sowohl für reduzierte als auch für komplexe Strukturmodelle gegeben. Mit der vorgestellten Vorgehensweise kann der Potenzialgewinn abgeschätzt und über die zusätzlichen Systemkosten der Amortisierungszeitraum ermittelt und dem von konventionell aufgebauten Direktantriebssystemen gegenübergestellt werden.