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Entwicklung und Untersuchung einer piezobasierten, parallelkinematischen HSC-Spindelhalterung

 
: Münzner, J.

Dresden, 2007, XI, 100 S.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2007
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()
aktive Lagekorrektur; Piezo; Parallelkinematik; Differenzialschaltung; Modellierung

Abstract
Aktive Systeme auf Basis von Piezoaktoren besitzen ein großes Potenzial zur Steigerung der Produktivität von Werkzeugmaschinen. Im Zuge dieser neuen Technologie wurde am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)-Chemnitz/ Dresden eine adaptive HSC-Spindelhalterung entwickelt, mit der es möglich ist, gezielt auf den Zerspanprozess einzuwirken. Dabei handelt es sich um eine parallelkinematische Struktur die von piezoelektrischen Aktoren angetrieben wird und eine Motorspindel in fünf Raumfreiheitsgraden bewegt.
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Erarbeitung eines Modells zur Beschreibung der statischen Eigenschaften und des Arbeitsraumes, sowie der steuerungsseitigen Inbetriebnahme und messtechnischen Untersuchung der adaptiven Spindelhalterung.
Ein Schwerpunkt der Untersuchung ist dabei ein Vergleich der am Modell und messtechnisch ermittelten Kennwerte der Spindelhalterung. Das mechanische Modell basiert auf der Reduktion der räumlichen Parallelkinematik in eine serielle Ansteuerung. Auf diese Weise ist es möglich, das mechanische System mit geringem Aufwand zu beschreiben. Dabei stellte sich der große Einfluss der Festkörpergelenksteifigkeit in Verbindung mit der Steifigkeit der Ankoppelelemente der Aktoren heraus. Durch die Wirkung der Aktoren gegen das Festkörpergelenk wird ein Grossteil des Aktorhubes in eine Verformung der Ankoppelelemente umgesetzt. Dadurch schränken sich die Stellwege der Achsen im Vergleich zu den kinematisch möglichen Stellwegen bei idealisierter Betrachtung stark ein.
Die experimentelle Untersuchung der statischen Eigenschaften und des Arbeitsraumes der Spindelhalterung zeigte eine gute Übereinstimmung mit den, am Modell berechneten Kennwerten.
Der zweite Schwerpunkt der Arbeit ist die Inbetriebnahme, Untersuchung und Bewertung der Lageregelungskonzepte der Spindelhalterung. Dazu entstand eine Steuerungsumgebung welche die Möglichkeit der Positionierung und der Bahnsteuerung im Raum ermöglicht. Als Ergebnis wird gezeigt, dass nur ein direktes Wegmesssystem in Verbindung mit einer auf das System angepassten Regelung, die hohen Ansprüche an die Positioniergenauigkeit und die dynamischen Eigenschaften der aktiven Komponente erfüllt.
Die Arbeit liefert die Grundlage für weiterführende Untersuchungen mit dem Ziel, die aktive Lagekorrektur zum realen Einsatz zu führen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-55004.html