Browsing by Author "Zahn, Peter"

Now showing 1 - 2 of 2

Open Access
Impact-based feed drive actuator for discontinuous motion profiles
(2020) Zahn, Peter; Schulte, Alexander; Verl, Alexander
This paper discusses an approach to enable step-wise velocity changes in machine tool feed drives while reducing the reaction force of the drive on structural machine components. The implementation is based on an additional actuator that transmits well-defined impulses on the table via mechanical impacts. Possible applications are seen in processes as beam processing or handling. The approach is introduced by means of a multi-body model and afterwards experimental results are shown. On the one hand, the reduction of the tracking error while following discontinuous velocity profiles is analyzed, on the other hand, the reduced excitation of the machine structure is shown. The experimental verification of the functional principle is performed on a single axis setup where the fundamental parameters in design, material and control are quantified. Concluding, a short outlook on remaining research topics regarding the shown approach is given.
Open Access
Unstetige Bahnerzeugung an Vorschubantrieben mittels trägheitsbasiertem Impulsaktor
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Zahn, Peter; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
Verschiedene maschinelle Fertigungsprozesse erfordern, dass die Vorschubachsen einer Werkzeugmaschine einer programmierten Werkstückkontur mit minimaler geometrischer Abweichung und möglichst konstanter Bahngeschwindigkeit folgen. Dies ist jedoch im Bereich von Unstetigkeiten der Bahn (wie beispielsweise Ecken) aufgrund physikalischer Begrenzungen nicht möglich, da hier eine sprungförmige Änderung der Geschwindigkeiten der beteiligten Achsen notwendig wäre. Mit üblichen Vorschubantrieben lassen sich jedoch nur stetige Änderungen der BewegungsgrößenWeg und Geschwindigkeit erreichen. Die reale Bahn entspricht somit nicht exakt der geforderten Kontur oder aber die Bahngeschwindigkeit muss bis zum Stillstand reduziert werden. Eine möglichst gute Annäherung an entsprechende Konturen bei hinreichender Bahngeschwindigkeit führt weiter durch hohe Beschleunigungskräfte aus den Motoren zu starker Anregung der Maschinenstruktur, was ein unerwünschtes Verhalten darstellt. Heute bekannte Verfahren nutzen zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens beispielsweise redundante Kinematiken, spezielle Regelungsverfahren oder optimieren die Maschinenkonstruktion hinsichtlich Steifigkeit und Dämpfung. Auch sind Methoden zur Erzeugung von anwendungsorientiert optimierten Bahnen bekannt, so dass sich ein für den jeweiligen Prozess geeigneter Kompromiss aus Konturtreue und konstanter Bahngeschwindigkeit wählen lässt. Diesen Ansätzen gemein ist jedoch, dass sie im speziellen Fall von Unstetigkeiten das dynamische Verhalten verbessern aber keine systematische Lösung darstellen. Nicht betrachtet wurde hier bisher der Ansatz, an Stelle einer Anpassung der Bahn an die dynamischen Verhältnisse, tatsächliche Geschwindigkeitsbeziehungsweise Beschleunigungssprünge aktuatorisch einzubringen. Hierzu wird in dieser Arbeit ein Antriebskonzept vorgeschlagen, welches Geschwindigkeitssprünge zwischen Werkzeug und Werkstück in guter Näherung ermöglicht sowie hohe Beschleunigungen ohne Rückwirkung auf die Maschinenstruktur aufbringen kann. Der Ansatz basiert auf der Nutzung eines trägheitsbasierten Zusatzaktors, welcher mittels Stoßes eine Impulsübertragung und dadurch eine sprunghafte Geschwindigkeitsänderung hervorzurufen vermag. Die Arbeit gliedert sich in eine Darstellung der zugrundeliegenden Problemstellung sowie einem Überblick über bereits bestehende Lösungsansätze. Das vorgeschlagene Konzept eines Impulsaktors sowie seiner Wirkungsweise wird erläutert. Zur Auslegung des Systems werden simulative Voruntersuchungen durchgeführt, gefolgt von einer experimentellen Verifikation anhand einer prototypischen Umsetzung. Basierend auf dem Experiment können unsichere Modellparameter identifiziert werden, so dass sich mit dem erstellten Mehrkörpermodell weitere Parameterstudien durchführen lassen. Es wird aufgezeigt, dass eine entsprechende Zusatzaktorik signifikantes Potential zur Optimierung von Bearbeitungsprozessen aufweist beziehungsweise neue Anwendungen erschließt, welche von einer verbesserten Bahnführung an Unstetigkeiten bei gleichzeitig reduzierter Schwingungsanregung der mechanischen Maschinenstruktur profitieren. Da Ansätze mit vergleichbarem Umsetzungsaufwand bereits etabliert sind und sich der Aktor abgesehen von Umwandlungsverlusten energetisch neutral verhält, stellt das Konzept einen vielversprechenden neuen Freiheitsgrad bei der Auslegung von Vorschubantrieben dar.