Beschreibung

Verfahren zur Reduktion von während eines Bearbeitungsvorgangs auftretenden Schwingungen eines Maschinenelementes und/oder eines Werkstücks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von während eines Bearbeitungsvorgangs auftretenden Schwingungen ei ^¬ nes Maschinenelements und/oder eines Werkstücks bei einer Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder bei einer als Roboter ausgebildeten Maschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine diesbezügliche Maschine.

Bei Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder bei Ro- botern treten häufig während eines Bearbeitungsvorgangs, ins ^¬ besondere wenn große Kräfte bei dem Bearbeitungsvorgang auf ^¬ treten Schwingungen an Maschinenelementen der Maschine und/oder am Werkstück, auf.

Insbesondere bei Werkzeugmaschinen, treten infolge der oft geforderten starken Spanabnahme um kurze Bearbeitungszeiten eines zu bearbeitenden Werkstücks zu gewährleisten, so genannte Ratterschwingungen an den Maschinenelementen der Maschine und/oder am Werkstück auf. Die Schwingungen wirken sich negativ auf die Bearbeitungsgüte des Werkstücks aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während eines Bear ^¬ beitungsvorgangs auftretende Schwingungen eines Maschinenele ^¬ ments einer Maschine und/oder eines Werkstücks zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion von während eines Bearbeitungsvorgangs auftretenden Schwin ^¬ gungen eines Maschinenelements und/oder eines Werkstücks bei einer Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder bei ei- ner als Roboter ausgebildeten Maschine, wobei eine Zusatzmas ^¬ se automatisiert an das Maschineelement und/oder an das Werk ^¬ stück angebracht wird, wobei die Masse der Zusatzmasse an den Bearbeitungsvorgang angepasst ist.

Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Maschine, wo ^¬ bei die Maschine als Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder als Roboter ausgebildet ist, wobei die Maschine ein Maschinenelement aufweist, wobei die Maschine derart ausge- bildet ist, dass eine Zusatzmasse automatisiert an das Ma ^¬ schineelement und/oder an ein Werkstück angebracht wird, wo ^¬ bei die Masse der Zusatzmasse an den Bearbeitungsvorgang an- gepasst ist.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu vorteilhaften Ausbildungen der Maschine und umgekehrt.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Zusatzmasse in der Nähe des Bearbeitungsvorgangs an dem Maschineelement und/oder an dem Werkstück angebracht wird, da dann die Schwingungen des Maschinenelements besonders effektiv reduziert werden können.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Zusatzmasse symmetrisch am Maschineelement und/oder am Werkstück angebracht wird. Durch diese Maßnahme können eventuell an das Ma- schinenelement durch die Zusatzmasse bedingte Kippmomente vermieden werden.

Ferner erweist sich als vorteilhaft, wenn zum Anbringen der Zusatzmasse das Maschinenelement und/oder das Werkstück einen Greifer, eine Klemmvorrichtung und/oder eine magnetische HaI- terung aufweisen. Ein Greifer, eine Klemmvorrichtung und/oder eine magnetische Halterung ermöglichen eine einfache Anbrin ^¬ gung der Zusatzmasse.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Anbringen der Zusatzmasse mit Hilfe einer automatischen Wechseleinrichtung erfolgt, die die Auswahl mehrer Zusatzmassen mit unterschiedlichen Massen ermöglicht. Mit Hilfe einer Wechselein-

richtung können auf einfache Art und Weise mehrere Zusatzmas ^¬ sen mit unterschiedlichen Massen ausgewählt werden und somit eine für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang optimierte Zu- satzmasse an das Maschinenelement angebracht werden.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein Regelpa ^¬ rameter der Maschine für den Bearbeitungsvorgang an die Masse der Zusatzmasse angepasst wird. Durch diese Maßnahme lässt sich eine besonders gute Bearbeitungsgüte erzielen.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Masse der Zusatzmasse an den Bearbeitungsvorgang derart angepasst ist, dass mit ansteigenden für den Bearbeitungsvorgang notwendigen Bearbeitungskräften und/oder einer ansteigenden Zustellung des Werkstücks und/oder eines Werkzeugs, die Masse der Zu ^¬ satzmasse zunimmt. Durch diese Maßnahme wird eine optimale Reduktion der Schwingungen erzielt.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn bei Auftreten von Schwingungen, der Bearbeitungsvorgang automatisch unterbrochen wird, die Zusatzmasse angebracht wird und anschlie ^¬ ßend der Bearbeitungsvorgang automatisch fortgesetzt wird. Diese Maßnahme ermöglicht eine automatische Reaktion der Ma ^¬ schine bei Auftreten von Schwingungen.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn bei Auftreten von Schwingungen, die Zusatzmasse während des Bearbeitungs ^¬ vorgangs angebracht wird. Durch diese Maßnahme wird die Ge- samtbearbeitungszeit verkürzt.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Masse der Zusatzmasse derart an den Bearbeitungsvorgang angepasst ist, dass die Masse der Zusatzmasse in Anhängigkeit von einer do ^¬ minierenden Frequenz (z.B. Schneideeingriffsfrequenz) der Schwingungen gewählt wird. Durch diese Maßnahme lässt sich eine optimale Reduktion der Schwingungen erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zei ^¬ gen :

FIG 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine und

FIG 2 eine Möglichkeit der Anbringung der Zusatzmasse an das Maschinenelement.

In FIG 1 ist in Form einer schematisierten Darstellung eine Werkzeugmaschine 1 dargestellt. Die Werkzeugmaschine 1 weist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 2 auf mittels derer die Werkzeugmaschine 1 gesteuert wird, wobei die Steue ^¬ rungs- und/oder Regelungseinrichtung hierzu mit den Antrieben der Werkzeugmaschine kommuniziert, was durch eine Verbindung 11 angedeutet ist. Die Maschine 1 weist einen Antrieb 8 auf, der einen Fräser 6 antreibt. Der Antrieb 8 kann in vertikaler Richtung, mittels eines in der FIG 1, der übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Antriebs, verfahren werden, was durch einen Pfeil 4 angedeutet ist, verfahren werden. Weiter- hin weist die Maschine 1 eine Werkstückhaltevorrichtung 7 auf, in die ein Werkstück 5 eingespannt ist. Die Werkstück ^¬ haltevorrichtung 7 kann in waagerechte Richtung, mittels eines in der FIG 1, der übersichtlichkeit halber nicht darge ^¬ stellten Antriebs, verfahren werden, was durch einen Pfeil 3 angedeutet ist. Weiterhin weist die Maschine 1 eine Wechsel ^¬ einrichtung 10 auf, an der verschiedene Zusatzmassen, die jeweils eine unterschiedliche Masse besitzen, befestigt sind. In dem Ausführungsbeispiel sind dies die Zusatzmassen 9b und 9c.

Soll nun ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt werden, d.h. in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Fräsvorgang, bei dem eine starke Spanabnahme gewünscht ist und Schwingungen, ins ^¬ besondere Ratterschwingungen aufgrund der auftretenden hohen Bearbeitungskräfte bei dem Bearbeitungsvorgang zu erwarten sind, so wird erfindungsgemäß zur Reduktion der Schwingungen eines Maschinenelements, das im Rahmen des Ausführungsbei ^¬ spiels in Form des Antriebs 8 vorliegt, eine Zusatzmasse 9a

vor dem Bearbeitungsvorgang an den Antrieb 8 automatisiert angebracht. Zum Anbringen der Zusatzmasse wird der Antrieb 8 in vertikaler Richtung automatisiert nach unten verfahren und nimmt über die Wechseleinrichtung 10 automatisiert eine Zu- satzmasse auf. In der Darstellung gemäß FIG 1 ist bereits die Zusatzmasse 9a an den Motor 8 angebracht. Zum Anbringen der Zusatzmasse (9a, 9b, 9c) kann das Maschinenelement und/oder das Werkstück einen Greifer, eine Klemmvorrichtung und/oder eine magnetische Halterung aufweisen, die der übersichtlichkeit halber in FIG 1 und FIG 2 nicht dargestellt sind.

Infolge der vergrößerten Massenträgheit des Maschinenelements 8, durch Anbringen der Zusatzmasse 9a, werden die am Antrieb 8 auftretenden Schwingungen frequenzunabhängig stark redu- ziert .

Alternativ oder zusätzlich kann die Zusatzmasse oder eine weitere Zusatzmasse auch an ein anderes Maschinenelement, wie z.B. an die Werkstückhaltevorrichtung 7, automatisiert ange- bracht werden und/oder direkt an das Werkstück 5 automati ^¬ siert angebracht werden. Dies kann z.B. über eine, der übersichtlichkeit halber in FIG 1 nicht mehr dargestellte, weite ^¬ re Wechseleinrichtung geschehen. Vorzugsweise sollte die Zusatzmasse in der Nähe des Bearbeitungsvorgangs an die Maschi- nenelemente und/oder an dem Werkstück angebracht werden, da hinsichtlich der Reduktion von Schwingungen des Maschinenelements oder des Werkstücks eine nahe Anbringung am Bearbei ^¬ tungsvorgang am effektivsten wirkt.

Die Masse der Zusatzmasse muss dabei jeweils so an den Bear ^¬ beitungsvorgang angepasst sein, dass diese eine ausreichende Größe besitzt, um die Reduktion von Schwingungen zu ermögli ^¬ chen. Vorzugshalber sollte deshalb die Masse der Zusatzmasse an den Bearbeitungsvorgang derart angepasst sein, dass mit ansteigendem für den Bearbeitungsvorgang notwendigen Bearbeitungskräften, die Masse der Zusatzmasse zunimmt.

Nachdem der mit einer starken Spanabnahme verbundene Bearbei ^¬ tungsvorgang beendet ist, kann sich z.B. ein Schlichtbearbei ^¬ tungsvorgang anschließen. Bei diesem treten aber im Allgemeinen nur kleine Bearbeitungskräfte auf, und damit verbunden auch nur sehr kleine Schwingungen des Maschinenelementes und/oder des Werkstücks auf. Die Schichtbearbeitung soll aber in der Regel möglichst schnell durchgeführt werden, so dass die Maschinenachsen der Maschinen, d.h. in dem Ausführungsbeispiel die Werkstückhaltevorrichtung 7 und der Antrieb 8, möglichst mit hoher Dynamik während des Bearbeitungsvorgangs verfahren werden sollen. Hierbei würde sich die Zusatzmasse 9a, welche eine relativ große Masse aufweist, störend bemerk ^¬ bar machen, da sie die Dynamik der Maschine einschränkt. Des ^¬ halb wird vor dem Schichtvorgang die Zusatzmasse 9a mit Hilfe der Wechseleinrichtung 10 entweder durch eine Zusatzmasse, welche eine kleinere Masse besitzt, ausgetauscht, oder die Zusatzmasse 9a wird von der Wechseleinrichtung 10 aufgenommen, ohne dass eine neue Zusatzmasse automatisiert an den An ^¬ trieb 8 angebracht wird.

Wie schon oben erwähnt, wirkt sich die Zusatzmasse je nach ihrer Masse auf die Dynamik der Bewegungsführung der Maschinenachsen der Maschine 1 aus. Je größer die Masse der Zusatzmasse 9a ist, umso langsamer kann der Antrieb 8 in vertikaler Richtung verfahren werden. Deshalb ist es sinnvoll, um einen optimalen Bearbeitungsvorgang sicher zu stellen, dass die Regelparameter der Maschine für den Bearbeitungsvorgang an die Masse der Zusatzmasse angepasst werden. So ist es von Vor ^¬ teil, wenn mit zunehmender Masse der Zusatzmasse, die Ver- Stärkung, der für die Bewegungsführung der Zusatzmasse 9a zuständigen Regler (z.B. Lageregler, Geschwindigkeitsregler) innerhalb der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 2 mit zu ^¬ nehmender Masse der Zusatzmasse verringert wird.

In FIG 2 ist eine Draufsicht des Antriebs 8, an dem die Zu ^¬ satzmasse 9a angebracht ist, dargestellt. Die Zusatzmasse 9a ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 symmetrisch an dem Antrieb 8 angebracht, wobei die Symmetrielinie strichpunk-

tiert gezeichnet angedeutet ist. Durch die symmetrische An ^¬ bringung der Zusatzmasse an das Maschinenelement können z.B. Kippmomente vermieden werden. Dabei ist es auch möglich, was in der Darstellung gemäß FIG 2 gestrichelt gezeichnet ange- deutet ist, die Zusatzmasse 9a in zwei Teilmassen 12a und 12b aufzuteilen und diese symmetrisch links und rechts an dem Antrieb 8 anzubringen.

Selbstverständlich muss die Zusatzmasse nicht unbedingt vor dem Bearbeitungsvorgang angebracht werden, sondern es können z.B. mittels eines Schwingungssensors 13 und/oder einer Aus ^¬ wertung der Antriebsströme des Antriebs 8 die Schwingungen von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 2 detek- tiert werden, die dann den Bearbeitungsvorgang unterbricht und das Anbringen der Zusatzmasse steuert. Anschließend wird der Bearbeitungsvorgang fortgesetzt. Das Anbringen der Zusatzmasse kann jedoch auch während des Bearbeitungsvorgangs durchgeführt werden.