Werkzeugmaschinen

Dämpfende Aufstellelemente reduzieren Schwingungen

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Aufgrund der dynamischen Anregungskräfte durch den Bearbeitungsprozess oder Schlittenbeschleunigungen kommt es zu Schwingungen des Gesamtsystems Werkzeugmaschine. Die geforderten hohen Eilgang- und Vorschubgeschwindigkeiten, insbesondere bei kurzen Positionierbewegungen, können allerdings nur dann erreicht werden, wenn das Beschleunigungsvermögen der Antriebe ausreichend hoch ist. Neben dem KV-Faktor (Maß für die Geschwindigkeitsverstärkung) kommt der einstellbaren Ruckbegrenzung eine wesentliche Rolle in Bezug auf die Dynamik eines Vorschubantriebes zu. Das Beschleunigungsvermögen wird in der Regel durch den erreichbaren Ruck, das heißt die zeitliche Änderung der Beschleunigung, in Verbindung mit der zu beschleunigenden Masse gekennzeichnet. Der Ruck ist demnach die produktivitätsbestimmende Größe (schnelleres Erreichen der maximalen Beschleunigung und damit der maximalen Geschwindigkeit). In der Praxis muss der maximal durch die Antriebsleistung erreichbare Ruck und damit die erreichbare Beschleunigung und Geschwindigkeit, aber häufig begrenzt werden, da es zu einer Anregung von Eigenschwingungen der Maschinenstruktur im unteren Frequenzbereich kommt.

Die Aufstellung einer Werkzeugmaschine ist eine wichtige Konstruktionsaufgabe

Die Gestaltung der Aufstellungsbedingungen hat einen erheblichen Einfluss auf das dynamische Verhalten an der Wirkstelle (TCP) der Maschine. Besonders zeigt sich dies bei einer straffen Reglereinstellung an dem Überschwingverhalten der Vorschubachsen. Aufgrund von veränderten Eigenschwingungsformen kann jedoch, mit entsprechend dimensionierten Aufstellelementen, das dynamische Verhalten der Maschine positiv beeinflusst werden.

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Die Firma Isoloc Schwingungstechnik verfügt über umfangreiche Erfahrungen bei der Optimierung von Werkzeugmaschinen bei vielen namhaften Herstellern. Am Beispiel von 150 bis 400 kN starken Fünf-Achs-Horizontal-Bearbeitungszentren kann gezeigt werden, welche Ergebnisse sich durch den Einsatz von Isoloc-Maschinenlagerungssystemen mit hochdämpfenden Elastomeren im Vergleich zu der noch häufig anzutreffenden, starren, mit dem Fundament verankerten, Aufstellung erzielen lassen. Bei den gedämpften Maschinen wurde eine Steigerung des KV-Faktors um 300 % erzielt und der Ruck mehr als verdreifacht (Bilder 4a und b). Neben der freien, unverankerten und schwingungsisolierten Aufstellung, die schon eine erhebliche Verbesserung der Montage- und Aufstellbedingungen für den Hersteller und den Kunde) bringt, konnte die Produktivität deutlich gesteigert werden.

Die Einsparpotenziale liegen über 100.000 Euro

Ein weiteres Beispiel aus der Praxis zeigt, welches Potenzial in einer richtig ausgelegten Aufstelltechnik liegt. Bei der Integration von Dreh-Fräszentren (Bild 5) in die Produktionslinien eines mehr als 180 Werkzeugmaschinen umfassenden Maschinenparks war eine Empfängerisolation vorgesehen, weil durch die Umgebungseinflüsse und Schwingungsimmissionen Frequenzen auftraten, die den Fertigungsprozess erheblich störten. Die geforderte Oberflächengüte der Werkstücke bei den Dreh-Fräszentren konnte so nicht erreicht werden.

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