Motorintegrierte Dämpfung von Spindelschwingungen bei Werkzeugmaschinen

Einleitung / Abstract

Bei spanenden Werkzeugmaschinen stellen auftretende Schwingungen ein Problem für die erreichbare Produktivität und die Qualität des Werkstücks dar. Die Erfindung bezieht sich auf die Dämpfung von Schwingungen an Synchronmotor-Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen.

Hintergrund

Bislang beschriebene aktive Dämpfungsmethoden für die Stabilisierung von Arbeitsspindeln unterscheiden sich durch die Art der Aktoren, deren Position und die Art der Ansteuerung.
Beschrieben werden Bauformen mit Aktoren an Befestigungs- bzw. Aufhängungspunkten der Spindel, an den Lagern der Spindelwelle, zwischen dem vordersten Lager und dem Werkzeug und direkt auf der Spindelwelle. Weiterhin ist die Verwendung von Schwingungstilgern in lang auskragenden Werkzeugen bekannt und die vollständige magnetische Lagerung von Spindeln, bei der ebenfalls Dämpfungskräfte erzeugt werden können.

Lösung

Neu sind die Verwendung eines Reluktanzkraftaktors im Bauraum der Motorwicklungen und die direkte Erzeugung einer Reluktanzkraft durch überlagerte Ansteuerung der Motorenwicklungen (bei Synchronmotor-Arbeitsspindeln). Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind durch die Bauform und die Art der Ansteuerung der Spulen der Synchronmotor-Arbeitsspindel bestimmt. Vorteil-haft bezüglich des Erreichens eines hohen Dämpfungsgrads ist die Tatsache, dass die Aktoren durch die Integration in die Motorspindel nah an der Zerspanungsstelle liegen. Durch die Verwendung von Reluktanzkräften können mit dieser Methode in Abhängigkeit von der Bestromung und dem eingestellten Luftspalt zwischen Wicklungsjoch und der Spindelwelle große Kraftamplituden erzeugt werden. Die Kraft kann berührungslos auf die Spindelwelle übertragen werden und es ist keine Energieübertragung auf drehende Teile der Spindel erforderlich. Durch die Anordnung der Aktoren zwischen den Lagern der Spindelwelle befinden sich diese am Schwingungsbauch bezogen auf die erste Biegeeigenfrequenz der Spindelwelle. Bei der integrierten Bauform können die bereits im Spindelmotor vorhandenen Wicklungen verwendet werden, wobei die oben beschriebenen Vorraussetzungen in Bezug auf die Ausführung paralleler Wicklungszweige gegeben sein muss

Vorteile

Anwendungsbereiche

Dämpfung von Schwingungen an Synchronmotor-Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen. Die Erfindung besitzt ein hohes Potential für Werkzeugmaschinenhersteller, Spindelhersteller und Anwender.