2 bauelemente spanender werkzeugmaschinen - isf€¦ · institut für umformtechnik und leichtbau...

Institut für Umformtechnik und Leichtbau Prof. Dr.-Ing. E. Tekkaya Institut für Spanende Fertigung Prof. Dr.-Ing. D. Biermann

Konstruktive Gestaltung von Werkzeugmaschinen 2-19 Bauelemente spanender Werkzeugmaschinen SS 2010 / Vorlesung 6

2 Bauelemente spanender Werkzeugmaschinen

Dummie-Seite, damit die Bildunterschriften i. O. sind

Bild 2-1Bild 2-2Bild 2-3Bild 2-4Bild 2-5Bild 2-6Bild 2-7Bild 2-8Bild 2-9Bild 2-10Bild 2-11Bild 2-12Bild 2-13Bild 2-14Bild 2-15Bild 2-16Bild 2-17Bild 2-18 Bild 2-19 Bild 2-20 Bild 2-21 Bild 2-22 Bild 2-23 Bild 2-24 Bild 2-25



2.5 Stick-Slip-Effekt

2.6 Lageregelkreis

2.6.1 Aufbau von NC-Maschinen

2.6.2 Die SERCOS-Interface-Spezifikation

2.6.3 Steuerung und Regelung von NC-Achsen

2.6.4 Bahnsteuerungen und Bahnfehler bei der Konturerzeugung mit numerischen Bahnsteuerungen

2.6.5 Geschwindigkeitsverstärkung, Kv-Faktor

2.6.6 Kompensation von Lageregelfehlern

- Look-Ahead

- Feed-Forward

2.7 Linearantriebe

2.7.1 Aufbau Linearmotor

2.7.2 Vergleich verschiedener Antriebskonzepte

2.8 Literatur



2.5 Stick-Slip-Effekt

Eine im Werkzeugmaschinenbau noch häufig eingesetzte Geradführungsart ist die Gleitführung. Gro-

ße Dämpfungsfähigkeit, hohe Genauigkeit und Steifheit bei vertretbarem Konstruktions- und Ferti-

gungsaufwand sind die wichtigsten Gründe.

Bei Gleitführungen treten abhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen den Führungsflächen

verschiedene Reibungsarten auf:

Haftreibung: Die Haftreibung muss überwunden werden, um einen ruhenden Körper in Bewegung

zu setzen.

Festkörperreibung: Es befindet sich kein Schmierfilm zwischen den bewegten Teilen.

Mischreibung: In der Kontaktzone liegt ein Schmierfilm vor, dessen Tragkraft nicht ausreicht, um

die Führungsflächen völlig zu trennen.

Flüssigkeitsreibung: Zwischen den Führungsflächen befindet sich eine durchgehende Schmier-

stoffschicht.

Bild 2-26: Reibwert als Funktion der Gleitgeschwindigkeit ("Stribeck-Kurve") (42332)

Der Reibwert ist von der Gleitgeschwindigkeit abhängig. Der in Bild 2-26 dargestellte Zusammenhang

wurde von Stribeck 1902 experimentell ermittelt.

Geradführungen an Werkzeugmaschinen werden im allgemeinen im Geschwindigkeitsbereich der

Mischreibung betrieben.

Aufgrund der negativen Steigung der Reibwertkurve bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten kann es zu

einer ungleichförmigen Schlittenbewegung (Stick-Slip) bzw. Ruckgleiten kommen. Sie ist durch perio-

disches Haften und Gleiten gekennzeichnet.

Der Stick-Slip-Effekt lässt sich am Ersatzsystem eines Schlittens mit Vorschubantrieb erklären.



BiBild 2-27: Schematische Darstellung des Stick-Slip-Effektes (42333)

Um den Schlitten in Bewegung zu setzen, ist zunächst die Haftreibung zu überwinden. Die Feder wird

solange gespannt, bis die Federkraft den Wert zur Überwindung der Haftreibung erreicht hat. Der

Schlitten setzt sich in Bewegung und wird (wegen der negativen Steigung der Funktion µ = f (v)) be-

schleunigt. Die Feder entspannt sich, so dass der Schlitten zum Stehen kommt. Diese Vorgangsfolge

setzt sich dann fort.

Die Neigung zum Ruckgleiten kann verringert werden:

durch geringeren Reibwertabfall im vorderen Teil der Stribeck-Kurve (Zusätze zum Schmieröl,

Kunststoffbeschichtung der Führungselemente)

durch kleinere Übergangsgeschwindigkeit (zäheres Öl, größere Tragflächen)

durch höhere statische Steifigkeit der Elemente des Vorschubantriebs

durch geringere Massen

2.6 Lageregelkreis

2.6.1 Aufbau von NC-Maschinen

NC-Maschinen sind aus dem Alltag heutiger Fertigungsbetriebe nicht mehr wegzudenken. Ihre Aufga-

be ist es zuvor generierte Bearbeitungsprogramme in entsprechende Wirkbewegungen umzusetzen.

Das NC-Programm wird direkt in den Programmspeicher der Maschinensteuerung geschrieben oder

mittels Datenleitung oder Speichermedien zur Maschine übertragen. Die Programme bestehen im

wesentlichen aus Schalt- und Wegbefehlen. Zur Umsetzung der Schaltbefehle verfügt die Maschine

über eine SPS-Anpasssteuerung, welche die Ausführung der Funktionen - üblicherweise Hilfsbewe-

gungen - kontrolliert.

Die Wegbefehle sind in der Regel von den Vorschubachsen als Wirkbewegungen zwischen Werkstück

und Werkzeug umzusetzen. Somit kommt den Vorschubantrieben und ihrer Steuerung eine besonde-

re Bedeutung zu.

Ein Befehlsinterpreter wertet die Wegbefehle aus. Der Interpolator berechnet für die programmierte

Bewegungsformen (freie Bewegung, Gerade, Kreis, Parabel, ...) dichte Folgen von Stützpunkten. Die

einzelnen Koordinaten dieser Stützpunkte werden den jeweiligen Achsen als Führungsgrößen zuge-



führt. Durch die dichte Folge der Soll-Stützpunkte wird die Koordination der Achsen zueinander si-

chergestellt.

2.6.2 Die SERCOS-Interface-Spezifikation

Im Zusammenhang mit digitalen Antrieben ist besonders die SERCOS-Interface-Spezifikation zu nen-

nen, die durch einen gemeinsamen Arbeitskreis des VDWs (Verein Deutscher Werkzeugmaschinen-

fabriken) und des ZVEI (Zentralverband der Elektrotechnik und Elektroindustrie) festgelegt wurde.

Diese Spezifikation umfasst technische (Medium,Topologie, Signalpegel, ...), prozeduale und funktio-

nale (Telegramminhalte, Wichtungen, Datenformate) Standardisierungen.

Bild 2-28: Das SERCOS-Prinzip (73467)

So wurde festgelegt, dass der Informationstransfer ringtopologisch ausgeführt wird (Bild 2-28). Jede

geregelte Achse verfügt über einen separaten Lageregelkreis, der nicht mehr Teil der Steuerung son-

dern Bestandteil der Antriebseinheit ist. Somit werden in erster Linie Sollwerte von der Steuerung an

die Antriebe übertragen. Da die Lageregelung zur Antriebsseite ausgelagert wurde, sind im wesentli-

chen nur noch Zustandsdaten für Überwachungs-, Protokollierungs- Diagnosefunktionen der Steue-

rung von den Antrieben zurück zu melden. Diese Daten werden zyklisch ausgetauscht. Daneben wird

auch ein nicht-zyklischer Datentransfer unterstützt, der beispielsweise das Nachjustieren der

Reglereinstellungen o. ä. erlaubt. Als Übertragungsmedium dient in diesem seriellen Echtzeitkommu-

nikationssystem ein Lichtwellenleiter. Dieser garantiert neben einer großen Übertragungsgeschwin-

digkeit auch eine hohe Unempfindlichkeit gegen die elektromagnetischen Störgrößen des betriebli-

chen Umfeldes.



Bild 2-29: Aufbau einer SERCOS-Steuerung (52012)

2.6.3 Steuerung und Regelung von NC-Achsen

Bild 2-30: Auslegung eines Vorschubantriebes (42735)

Die Steuerung einer Werkzeugmaschine hat unter anderem die Aufgabe, aufgrund der Informationen

über die zu verfahrenden Wege und Geschwindigkeiten, Führungsgrößen an die Vorschubantriebe

auszugeben. Die Umsetzung dieser Führungsgrößen in die entsprechenden Lage- und Geschwindig-

keitswerte vollzieht sich entweder mit Hilfe eines Schrittmotors in einer offenen Steuerkette (Bild 2-31)



oder mittels eines stetigen Antriebs innerhalb eines übergeordneten Lageregelkreises (Bild 2-32). Bei

lagegeregelten Achsen ergibt sich aus dem Soll-Ist-Vergleich der Achspositionen die Regelabwei-

chung. Hieraus erzeugt der Regler einen an die Dynamik der Regelstrecke angepassten Stellwert für

das Antriebssystem. Zur Kontrolle der Bewegungsausführung erfasst ein Wegmesssystem die

Istposition der NC-Achse und schließt somit den Lageregelkreis.

Bild 2-31: Vereinfachter Aufbau einer Achssteuerkette (73468)

Bild 2-32: Vereinfachter Aufbau einer lagegeregelten NC-Achse (73469)

2.6.4 Bahnsteuerungen und Bahnfehler bei der Konturerzeugung mit numerischen Bahnsteuerungen

Dynamische Bahnabweichungen haben ihre Hauptursache in den Schleppabständen, d. h. in den

durch das Proportionalverhalten der Lageregler bedingten achsspezifischen Lageabweichungen sowie

in der begrenzten Dynamik der Antriebssysteme. Bei bestimmten Bahnverläufen, z. B. beim Umfahren

einer rechtwinkligen Ecke ohne Halt oder beim Verfahren eines Kreisbogens, bewirken die Schlepp-

abstände, speziell bei hohen Geschwindigkeiten, erhebliche Konturfehler. Während beim Verfahren

von Geradenabschnitten Bahnfehler lediglich an den Übergangsstellen auftreten, sind beim Verfahren

eines Kreisbogens Konturabweichungen auf der gesamten Bahnkurve vorhanden. Die Größe des

Bahnfehlers ist dabei vom Übertragungsverhalten der Lageregelkreise, der Bahngeschwindigkeit und

dem Kreisradius abhängig. Beeinflussbar wird dieser Fehler durch die Kv-Faktoren, d. h. durch die

Geschwindigkeitsverstärkungen in den einzelnen Lageregelkreisen.



Bild 2-33: Lageregelkreis mit unterlagerter Geschwindigkeitsregelung (42353)

Der Lageregelkreis mit und ohne Geschwindigkeitsregelung hat ein proportionales Übertragungsver-

halten mit einer Verzögerung 2. Ordnung. Durch eine unterlagerte Geschwindigkeitsrückführung wird

die Dynamik des Antriebs wesentlich gesteigert.

Bei Direktantrieben fehlt das Getriebe. Eine Störkraft greift direkt am Motor an. Der Lageregler weist

ein proportionales Verhalten (P) auf. Nach Interpolation des Messsignals verstärkt er die Lagerregel-

abweichung und bildet den Sollwert für den unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis. Der Geschwin-

digkeitsregler hat PI-Charakter (proportional-integral), um kleinste Regelabweichungen ohne bleiben-

den Fehler ausregeln zu können (Bild 2-34). Eine weitere Verbesserung des Regelkreises lässt sich

durch eine Rückführung der Beschleunigung erzielen (Bild 2-35). Die Messung der Beschleunigung

erfolgt dabei mit Hilfe von Ferrarissensoren (Bild 2-36).

Bild 2-34: Blockstruktur eines Direktantriebs mit P-Lage, PI-Geschwindigkeitsregelung (52006) [Hiller]

Lageregler Geschw.-

Regler

Leistungs-

verstärker

Motor mit zwei

Zeitkonstanten

Getriebe Integrator

Tachogenerator

Wegmesssystem

KvKN Kp,Tn KA KM1,T1 KM2,T2 KG

xsoll lsoll lW UL UW Ug UM nM xist xist

KT1

KD

UTIist

- -

KV Kp,Tn KS

xsoll

Interpolation

FS (MS)

a v x--

+ +-

J

1

M

1

xmess

vdiff

Inkrementelles Messsystem mit

sinusförmigen Spursignalen



Bild 2-35: Kaskadenregler mit zusätzlichem Beschleunigungsregelkreis (52007) [Hiller]

Bild 2-36: Schematischer Aufbau des Ferrarissensors (52004) [Bühler, Held]

Die Beschleunigung wird nach dem Ferraris`schen Messprinzip relativ gemessen. Dabei wird ein un-

magnetisches und elektrisch leitendes Wirbelstromblech, welches sich relativ zu Magneten und zu

Sensorspulen bewegt, verwendet. Aufgrund der Bewegung des elektrisch leitenden Wirbelstromble-

ches in einem nicht-homogenen Magnetfeld werden in diesem Wirbelströme generiert. Der Spulen-

strom ist aufgrund des Induktionsgesetzes proportional zur Beschleunigung des Wirbelstrombleches.

Vorteile des Ferraris-Sensors:

Relative Beschleunigungserfassung (nicht absolut)

keine mechanische Grenze der maximalen Beschleunigung

kostengünstige Lösung

einfache Inbetriebnahme

Die Geschwindigkeitsermittlung bei Servoantrieben kann durch Differentation der gemessenen Lage

erfolgen. Die angestrebte Verkürzung der Abtastzeit führt jedoch zu einem Anstieg des Fehlers. Bes-

ser ist daher eine Integration der gemessenen Beschleunigung. Hier tritt ein glättender Effekt auf (Bild

2-37).

KV Kp

xsoll

Interpolation

--

+ +

xmess

vdiff

KA,TN

FS (MS)

a

-

J

1

M

1

Inkrementelles Messsystem mit

sinusförmigen Spursignalen

v x

+

-

amess

F(M)



Bild 2-37: Geschwindigkeitsermittlung bei Servoantrieben (52009) [Hiller]

In Bild 2-38 werden drei verschiedene Fälle bezüglich des auftretenden Bearbeitungsfehlers mitei-

nander verglichen. Für alle drei Fälle gilt dabei die Voraussetzung, dass die Kv-Werte (vgl. Kap. 2.6.5)

der Achsen identisch sind.

Geschwindigkeitsermittlung durch

Differentation der gemessenen Lage Integration der gemessenen Beschleunigung

Lage x Geschwindigkeit vdiff

v=diff

dxdt

Q=20 nmxQ=v

Qx

TA

Beschleunigung a Geschwindigkeit vint

Q=20 mm/s²aQ=Q*TvaA

v=int a dt

direkte Messung

nur rotatorisch sinnvoll möglich

Qv f(t)

Abtastzeit TA

0 200 400 600 1000

0,0

0,2

0,4

0,1

Ge

schw

i nd

igkeits-

qu

an

tisi e

run

gQ

v

Abtastzeit TA

0 200 400 600 1000

0,0

0,2

0,4

0,1

Geschw

i nd

igke

its-

qua

ntisi e

rung

Qv

µs µs

mm/s mm/s



Bild 2-38: Bearbeitungsfehler bei einer 2-achsigen Bahnsteuerung (42355)

2.6.5 Geschwindigkeitsverstärkung, Kv-Faktor

Das Übertragungsverhalten von Lageregelkreisen wird wesentlich von der Einstellung der Geschwin-

digkeitsverstärkung, d. h. des Kv-Faktors, bestimmt. Diese Kenngröße beschreibt das Verhältnis der

Istgeschwindigkeit v zur Lageabweichung, also zum Schleppabstand l im eingeschwungenem Zu-

stand, in jeder Maschinenachse (Bild 2-39). Der Kv-Faktor ist ein Maß für die Abbildungstreue der

Maschine beim Verfahren von Kurven in der Ebene oder im Raum. Es gilt:

K = v

lv



Bild 2-39: Schleppabstand (42356 links)

2.6.6 Kompensation von Lageregelfehlern

Aus konstruktiver Sicht lässt sich die Forderung, dass der Lageistwert der Achsen der Sollposition

möglichst fehlerfrei folgen soll, wie folgt realisieren:

hohe Kreisverstärkung des Regelkreises,

hohe Dämpfung zur Vermeidung von Instabilitäten und Überschwingen,

geringe Zeitkonstanten des Antriebs,

kleine Massenträgheiten der rotierenden Elemente,

hohe mechanische Eigenfrequenz,

hohe Steifigkeit der im Kraftfluss liegenden mechanischen Elemente,

geringes Spiel bei den mechanischen Übertragungselementen,

ein Verhältnis der Eigenfrequenzen des mechanischen Übertragungssystems und des Regelkrei-

ses größer als 2.

Daneben bieten zusätzliche Funktionen der Steuerung die Möglichkeit die Bearbeitungsgenauigkeit

von NC-Maschinen zu erhöhen. Zwei wichtige Mechanismen, die in den meisten gängigen Bahnsteue-

rungen vorhanden sind, stellen das „Look-Ahead“ und die „Vorsteuerung“ (engl. Feed Forward) dar,

die im Folgenden erläutert werden.

Look-Ahead

Unter Look Ahead (“Vorausschau“) versteht man im

allgemeinen eine bestimmte Form der Geschwindig-

keitsführung, dessen Grundprinzip es ist, bereits bei

der Sollwertvorgabe eine Achsgeschwindigkeit zu

bestimmen, die Effekte wie zum Beispiel „Über-

schwingen“ (siehe Bild 2-40) aufgrund von

Massenträgheiten auf eine definierte Obergrenze

beschränkt. Die wesentlichen Informationen die hier-

zu in der Steuerung hinterlegt werden müssen, sind

die dynamischen Kennwerte der einzelnen Achsen

(maximale Geschwindigkeit, maximale Beschleuni-

gung, maximaler Ruck, etc.).

Bild 2-40: Überschwingen an scharfe

Konturübergängen

(42357 links)



Eine NC-Bahn wird dann dahingehend optimiert, dass die aus der Feininterpolation resultierenden

Sollwerte von den Lageregelkreisen (Übertragungsfunktion) unter Einhaltung der vorgegebenen Tole-

ranzen erreicht werden. Die Anzahl der Sätze die vorrausgeschaut wird, ist dabei von untergeordneter

Priorität – entscheidend ist nur, dass ausreichend Sätze im Look Ahead Puffer vorliegen, um eine

sichere Anpassung vorzunehmen. Dies hängt unter anderem von den Weglängen der betrachteten

Sätze und den programmierten Achsgeschwindigkeiten ab. In Bild 2-41 ist das Ergebnis der Feininter-

polation ohne- und mit Look Ahead Funktion beispielhaft gegenübergestellt. Es ist zu erkennen, dass

durch Look Ahead in Bereichen kleiner Bahnkrümmung mehr Sollwerte interpoliert werden. Dies ent-

spricht bei einem konstanten Interpolationstakt implizit einer reduzierten Bahngeschwindigkeit.

Bild 2-41: Interpolationsverhalten ohne und mit Look-Ahead (42826)

Feed-Forward

Das Prinzip der Feed Forward Regelung beruht auf der systemtheoretischen Grundüberlegung, dass

ein Gesamtsystem die Eingangsgröße (= Sollwerte) ideal überträgt, wenn seine Übertragungsfunktion

h(t) = 1 ist und damit die Ausgangsgröße (= Istwert) a(t) = e(t) ist.

Um dies nun am realen System eines Lageregelkreises, bestehend aus Antrieb, Positionsgeber, Ma-

schinenkomponenten, etc. umzusetzen, wird zunächst die vorhandene Übertragungsfunktion h(t) er-

mittelt und modelliert. Diese wird nun invertiert und dem Lageregelsystem vorgeschaltet (siehe Bild

2-42). Dadurch ergibt sich die Gesamtübertragungsfunktion h’(t) = 1.

Erreicht wird dies indem dem normalen Regler (bei allen bisher vorgestellten Reglertypen handelt es

sich um feedback Regler) ein weiterer Regler hinzugefügt wird (Bild 2-43). Dieser zweite Regler hat

die Aufgabe, das Verzögerungsverhalten der Strecke bzw. des ganzen Lageregelkreises durch eine

invertierte Modellsteuergröße zu kompensieren. Die Modellbildung wird entweder anhand bekannter

Maschinendaten oder durch experimentelle Messungen gewonnen.

Bild 2-42: Funktionsprinzip der Feed Forward Regelung

42896Damm

Interpolierte Punkte ohne Look Ahead Interpolierte Punkte mit Look Ahead

e(t) h(t) a(t) h (t)-1

a’(t) = e(t)h(t)e(t)

System mit derÜbertragungsfunktion h(t)

Zusätzliche Vorschaltung von h (t)-1



Bild 2-43: Grundschaltung zur Bahnfehlerkorrektur nach dem Prinzip der Feed-Forward Regeleung

Anschaulich bedeutet dies eine Vorverzerrung der interpolierten Kontur in eine neue Interpolations-

vorgabe (Vorgabekontur), die letztlich zum geforderten Ergebnis (=Sollkontur) führt. Bild 2-44 zeigt

das Prinzip der Feed Forward Regelung am Beispiel der interpolierten Sollwerte. Es wird deutlich,

dass es sich hier im Gegensatz zur Look Ahead Optimierung nicht nur um eine geänderte Geschwin-

digkeitsführung, sondern um eine vollständig neue Bahnkurve handelt.

Bild 2-44: Anpassung der Sollkontur durch Feed Forward (71540)

GR(t) GS2(t)GS1(t)x soll

ML

GV(t)

GR(t) GS2(t)GS1(t)x soll

MLGA(t)

Aufschaltung

Vorsteuerung

x ist

x ist

A: Aufschaltung V: Vorsteuerung R: Lageregler S: Strecke



2.7 Linearantriebe

2.7.1 Aufbau Linearmotor

Herkömmliche Vorschubantriebe bestehen aus einem Antriebsmotor und Übertragungselementen

welche die ursprüngliche Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandeln. Diese Übertragungs-

elemente stellen hinsichtlich Geschwindigkeit, Präzision, Steifigkeit und Dynamik den begrenzenden

Faktor im Antriebsstrang dar. Bei Linearmotoren wird eine translatorische Bewegung direkt aus der

Umsetzung der elektrischen Energie in eine mechanische Vorschubbewegung erzeugt. Neben den

elektromagnetischen Linearmotoren gibt es noch weiter Direktantriebe wie piezoelektrische und

magnetostriktive Aktuatoren sowie Magnetmotoren. Im Vergleich zu elektromagnetischen Linearan-

trieben spielen diese jedoch zur Zeit eine untergeordnete Rolle.

Einen elektromagnetischen Linearmotor kann man sich vereinfacht als einen aufgeschnittenen Dreh-

strommotor vorstellen, der direkt eine Relativbewegung zwischen dem Primär- und Sekundärteil er-

zeugt. Linearmotoren, die aus einem Primärteil mit Drehstromwicklungen und einem Sekundärteil mit

Permanentmagneten (Synchronmaschine) oder Kurzschlusskäfig (Asynchronmaschine) (Bild 2-45)

bestehen, werden zur Erzeugung linearer Vorschubbewegungen genutzt. Der entscheidende Vorteil

liegt in einem Wegfall von steifigkeitsbegrenzenden, mechanischen Übertragungselementen.

Analog zu rotatorischen Motoren finden auch bei Linearmotoren die Synchron- und Asynchronbauwei-

se Anwendung. Während bei asynchroner Bauweise in das Sekundärteil Kurzschlussstäbe eingelas-

sen sind, ist beim Synchronmotor das Sekundärteil mit Permanentmagneten bestückt. Die beim Syn-

chronmotor auch im stromlosen Zustand vorhandenen magnetischen Anziehungskräfte erschweren

die Montage und Späneentsorgung. Das Anhaften von Spänen am Sekundärteil und das damit ver-

bundene Eindringen in den Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil lässt sich auch durch Abde-

ckungen nur schwer verhindern.

Bild 2-45: Aufbau eines Linearmotors (offene Bauform) (42550)

Die Auswirkungen auf die dynamische Bahngenauigkeit bei verschiedenen Antriebskonzepten wird in

Bild 2-46 deutlich. Während der Direktantrieb der vorgegebenen Sollbahn bis auf vernachlässigbare



Abweichungen folgen kann, sind die Abweichungen bei einem optimierten, konventionellen Antrieb

erheblich, bei einem Standardantrieb ist die Vorgabekontur kaum noch zu erkennen.

Bild 2-46: Dynamische Bahngenauigkeit verschiedener Antriebskonzepte (72414)

Bild 2-47: Vor- und Nachteile von linearen Direktantrieben (42698)



2.7.2 Vergleich verschiedener Antriebskonzepte

Die fehlenden mechanischen Übertragungsglieder im Kraftfluss von linearen Direktantrieben führen im

Vergleich zu konventionellen Kugelgewindetrieben zu einem deutlich geänderten Beschleunigungs-

verhalten. Beim direktangetriebenen Kugelgewindetrieb ist das Beschleunigungsverhalten vom Dreh-

moment des Servomotors, dem Massenträgheitsmoment von Motor und Spindel sowie dem reduzier-

ten Massenträgheitsmoment der linear bewegten Masse von Schlitten und Nutzlast (z. B. dem Werk-

stück) abhängig. Das Beschleunigungsvermögen der Linearmotor-Vorschubeinheit ist allein von der

Vorschubkraft des Motors und der linear bewegten Masse abhängig. Der Einfluss der linear bewegten

Masse auf das Beschleunigungsverhalten ist in Bild 2-48 vergleichend für die Vorschubkonzepte Ku-

gelgewindetrieb und Linearmotor dargestellt.

Bild 2-48: Vergleich des Beschleunigungsvermögens: Linearmotor - Kugelgewindetrieb (42699)



2.8 Literatur

Bauer, C.-U. Optimierung der Konstruktion von Werkzeugmaschinen mit Hilfe von Finite-Element-Berechnungen, Band 1, Dissertation, Technischen Universität Hamburg-Harburg 1991

Enselmann, A.; Finke, M.; Jasper, J.

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung - Möglichkeiten und Grenzen. In: Weinert, K.: Spanende Fertigung, 2. Ausgabe, Vulkan-Verlag, Es-sen, 1997, S. 456-473

Perovic, B. Werkzeugmaschinen, Berechnungsgrundlagen und Gestaltung in den spangebenden Verfahren, Vieweg Verlag 1984

Pritschow, G. Zum Einfluss der Geschwindigkeitsverstärkung auf die dynamischen Bahnabweichungen. wt - Produktion und Management 86 (1996), S. 337-341

Spranger, W. Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur 3-D Gestaltoptimie-rung dickwandiger, massiver Bauteile, Dissertation, RWTH Aachen 1994

Spur, G. Die Genauigkeit von Maschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1996

Weck, M.; Hennes, N. Neue Maschinenkonzepte für die spanende Bearbeitung. In: Bohren und Fräsen im modernen Produktionsprozess, Begleitband zum Fachgespräch, Institut für Spanende Fertigung (ISF), Universität Dortmund, 1997, S. 111-127

Weck, M.; Hennes, N. Produktion im 21. Jahrhundert - Neue Maschinenkonzepte. dima - Die Maschine 6 (1996), S. 112-128

Wurst, K.-H.; Wagner, R. Neue Maschinenkonzepte für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. wt - Produktion und Management 85 (1995), S. 167-172

2 bauelemente spanender werkzeugmaschinen - isf€¦ · institut für umformtechnik und leichtbau...

Documents