Adaptronische Genauigkeitssteigerung von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen mit kontaktlosen Antriebs- und Führungseinheiten.

Der technologische Fortschritt im Bereich der spanenden Bearbeitung hat in den letzten Jahren zur Entwicklung hochdynamischer Werkzeugmaschinen geführt. Dieser wurde begleitet durch vermehrten Einsatz von Lineardirektantrieben, welche die notwendigen Achsdynamiken antriebsseitig bereitstellen [1], [2], [3]. Durch diese erhöhte Achsdynamik entstehen Anregungen der Maschinenstruktur, die konstruktiv berücksichtigt werden müssen. Eine aufgrund der hohen Antriebsdynamik entstehende Neigung zu elastischen Verformungen kann aber auch durch optimale Konstruktion nicht vollständig verhindert werden [4]. Sie beeinträchtigt die Bearbeitungsgenauigkeit auf zwei Arten. Einerseits begrenzt sie die Dynamik und damit die Positioniergenauigkeit der Achsregler, da diese ansonsten durch Spill-Over-Effekte die Struktur zu Dauerschwingungen anregen. Andererseits führen diese Eigenschwingungen unweigerlich zu Relativbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug und damit zu messbaren Oberflächenfehlern auf den bearbeiteten Flächen [5]. Insbesondere die Führungen stellen beim dynamischen Verhalten der Maschine einen großen Schwachpunkt im Kraftfluss dar, da hier eine sehr hohe Kraftdichte in den Führungskomponenten vorherrscht [6]. Problematisch ist dabei die systembedingt sehr geringe Dämpfung in den Wälzführungen, welche lediglich aus der Strukturdämpfung der Wälzkörper sowie der Schmierfilmdämpfung resultiert. Weiterhin beeinflusst die Reibung in den Führungen die Regelung der Achsantriebe negativ, da dieser Effekt durch konventionelle Regelungsstrategien nur unzureichend ausgeglichen werden kann und insbesondere in den Übergängen zwischen Haften und Gleiten zu Regelabweichungen führt [2], [7].