Dynamischer Unwuchtausgleich - Komet Group

Zerspanungstechnik | Mechatronische Werkzeugsysteme
KomTronic® U-Achssysteme von KOMET ermöglichen
als automatisch einwechselbare NC-Achse in Bearbeitungszentren
flexible Konturbearbeitungen. Angekoppelt
an die NC-Steuerung der Maschine kann die
"U-Achse" mit der Z-Achse interpoliert werden.
Dynamischer
Unwuchtausgleich Autoren:
Dipl.-Ing. Jacek Kruszynski - Leiter Technologie und Entwicklung Komet Group
Dipl.-Ing. Jürgen Fronius - Abteilung Entwicklung Mechatronik
Weiterentwicklung mechatronischer Werkzeugsysteme bei KOMET
Mechatronische Werkzeugsysteme bieten die Möglichkeit flexibler
Bearbeitungen durch die programmierbare Schneidenlage radial
zur Rotationsachse. Ihr komplexer Aufbau mit relativ hohem Gewicht
und das Verschieben der Massen bei steigender Ausstellung
des Werkzeugs führt allerdings zu einer dynamischen Belastung
auf das Maschine/Spindel-System. Bei der Weiterentwicklung dieser
Werkzeugsysteme ist deshalb neben der Massenreduzierung
der dynamische Unwuchtausgleich von zentraler Bedeutung.
Mechatronische Werkzeugsysteme
zeichnen sich durch das Zusammenwirken
von Präzisionsmechanik, Elektronik
und Software aus. Ausgestattet mit
Sensoren und/oder Aktoren erlauben sie
Verstellungen im Werkzeug sowie Überwachungsfunktionen
für das Werkzeug
oder den Bearbeitungsprozess. Je nach
Bedarf gibt es solche Systeme in unterschiedlichen
Ausführungen. Zu den High-
End-Lösungen gehören die KomTronic®
U-Achssysteme von KOMET. Als automatisch
ein Wechsel bare NC-Achse in Bearbeitungszentren
ermöglichen sie flexible
Konturbearbeitungen und Stechoperationen
in einer Aufspannung zeitsparend
zu bearbeiten. Dabei wird der Antrieb im
Werkzeug so an die NC-Steuerung der
Maschine angekoppelt, dass die "U-Achse"
mit der Z-Achse interpoliert werden
kann. Die Programmierung erfolgt in der
üblichen NC-Programmiersprache.
Die komplexen Werkzeugsysteme haben
konstruktiv bedingt ein relativ hohes
Eigengewicht. Außerdem wirken die zu
verschiebenden Massen wie Schwungmassen,
wodurch mit steigender Ausstellung
des Werkzeugs die dynamische
Belastung auf das Spindel/Maschine-
System zunimmt, was die maximal
möglichen Drehzahlen begrenzt.
Prozessgerechte Bearbeitung
kleiner Durchmesser und Radien
Bei der Bearbeitung kleiner Durchmesser
mit hohen Schnittgeschwindigkeiten
stoßen die bisher eingesetzten mechatronischen
Werkzeugsysteme an ihre
Grenzen, Insbesondere dann, wenn es
um die Einhaltung höchster Genauigkeiten
geht. Beispiele sind die Bearbeitung
von Trompetenformen an Kolbenbolzenbohrungen
oder das Erzeugen kleiner
Radien wie etwa bei Kugelgelenken von
Axialkolbenpumpen. Hier wird vom maximalen
Kugelradius bis zum Radius 0
das gesamte Profil bearbeitet. Zur Realisierung
einer prozessgerechten Bearbeitung
werden dafür hohe Drehzahlen
benötigt. Beim Radius 0 wäre zumindest
theoretisch eine unendlich hohe
Drehzahl erforderlich, die natürlich nicht
erreichbar ist. Dennoch ergibt sich aus
solchen Anwendungen heraus die Forderung,
möglichst hohe Drehzahlen zu
realisieren.
Die weitere Entwicklung der mechatronischen
Werkzeugsysteme wird daher
wesentlich darauf abzielen, durch
kompaktere Bauformen die Massen zu
reduzieren. Darüber hinaus besteht die
Notwendigkeit, einen dynamischen Unwuchtausgleich
zu ermöglichen.
Dynamischer Unwuchtausgleich
Bei Werkzeugsystemen ohne Unwuchtausgleich
führt der gemeinsame Massen -
Schwerpunkt von Werkzeug und Schieber
zu einer Unwucht, die als umlaufendes
Biegemoment auf die Spindellagerung
wirkt. Eine deutliche Verbesserung des
Wuchtzustands bringt ein statischer Unwuchtausgleich
am Schieber. Auf der
Ebene des Schiebers wird eine Aus-
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gleichsmasse in Gegenrichtung zur Aussteuerbewegung verschoben.
Konstruktiv bedingt, liegt diese Ausgleichsebene zwischen
Schieber und Spindelnase. Auf Grund des noch davor liegenden
Werkzeugschwerpunktes findet ein solcher Ausgleich ebenfalls
nicht in der Ebene des gemeinsamen Massenschwerpunktes von
Werkzeug und Schieber statt. Durch den Schwerpunktabstand
verbleibt immer noch ein umlaufendes Biegemoment als Restunwucht.
In Verbindung mit einer steifen Maschinenstruktur lassen
sich damit durchaus stabile Bearbeitungen durchführen.
Eine weitere Verbesserung kann
jedoch nur durch einen dynamischen
Unwuchtausgleich erreicht
werden. Wegen des variablen Unwuchtvektors
des sich in seiner
Lage verschiebenden Werkzeugs
macht ein einmaliges Wuchten
vorab in mehreren Ebenen aber
keinen Sinn. Ein dynamischer
Wuchtausgleich ist deshalb nur
möglich, wenn die Schwerpunktsebenen
von Schieber, Werkzeug
und Ausgleichskörper auf einer
gemeinsamen Ebene liegen. Genau
das zu erreichen ist KOMET
durch konstruktive Auslegung
gelungen. So ist erstmals eine
vollständige dynamische Wuch-
U-Achssystem P70 mit
HSK1OO-Schnittstelle
tung unabhängig vom Hub möglich. Außerdem wird durch eine
entsprechende Umlenkung der Fliehkräfte in Reaktionskräfte des
Gehäuses vermieden, dass sich die Fliehkräfte der Ausgleichskörper
und des Schieber-Werkzeug-Systems im Antriebsstrang aufaddieren.
Die Folge ist ein minimiertes Antriebsdrehmoment.
Neben der Bearbeitung kleiner Durchmesser und Radien erschließt
sich dem dynamisch gewuchteten U-Achssystem auch die simultane
Bearbeitung auf mehreren Spindeln. Das Aufaddieren von
Unwuchten mehrerer U-Achssysteme und damit einhergehende
unerwünschte dynamische Verhältnisse an der Mehrspindelmaschine
entfallen. Mit dem neuen System wird eine große Laufruhe
auch bei hohen Drehzahlen erreicht.
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