Aktive Systeme zur Leistungssteigerung von Fräsprozessen

In der industriellen Praxis stellt häufig das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten einer Werkzeugmaschine den entscheidenden leistungsbegrenzenden Faktor dar. Das Auftreten von Prozessinstabilitäten aufgrund eines unausgeglichenen Nachgiebigkeitsverhaltens bedeutet eine Begrenzung der nominell umsetzbaren Zerspanleistung. Bei der Betrachtung des Kraftflusses von Werkzeugmaschinen ist festzustellen, dass neben dem Hauptspindelsystem die Strukturbauteile das Gesamtnachgiebigkeitsverhalten entscheidend beeinflussen. Eine optimale Gestaltung der Strukturbauteile in Bezug auf hohe Steifigkeit und hinreichende Systemdämpfung, bei gleichzeitigem Leichtbau, ist mit Hilfe der klassischen konstruktiven Ansätze häufig nicht mit vertretbarem Aufwand zu realisieren. Im Rahmen dieser Dissertation werden zwei aktive Systeme entwickelt, die durch eine Verbesserung des Nachgiebigkeitsverhaltens eine erhebliche Leistungssteigerung der Werkzeugmaschinen erzielen. Die Entwicklung der auf Piezoaktoren basierenden Systeme erfolgt auf Grundlage einer eingehenden dynamischen Schwachstellenanalyse an Standardmaschinen, um prinzipbedingte Schwachstellen zu identifizieren und daraus effiziente Kompensationsmaßnahmen abzuleiten. Neben den Kompensationsstrategien stellt der Einsatz von virtuellen Werkzeugen zur Entwicklung eines ganzheitlichen Modellierungsansatzes einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage zum Transfer der entwickelten Kompensationsstrategien in die industriellen Anwendungen.