DE102007025934A1

DE102007025934A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102007025934A1
Application number: DE102007025934A
Authority: DE
Inventors: Uwe Ladra; Gabriele Dr. Schmitt-Braess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: US20100178123A1; WO2008148678A1; DE102007025934B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Spindel (4) aufweist, wobei die Spindel (4) drehbar in einem Spindelgehäuse (8) angeordnet ist, wobei ein um die Spindeldrehachse (9) umlaufender Körper (3) über Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktive Stellelemente (13a, 13b) an das Spindelgehäuse (8) angekoppelt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Spindel (4) aufweist, wobei die Spindel drehbar in einem Spindelgehäuse (8) angeordnet ist, wobei mindestens zwei Massekörper (25a, 25b) über Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktive Stellelemente (13a, 13b) an das Spindelgehäuse (8) angekoppelt sind. Die Erfindung schafft eine Werkzeugmaschine (1), bei der während eines Bearbeitungsvorgangs auftretende Schwingungen reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine.
Bei einer Werkzeugmaschine treten z. B. bei einer Fräsbearbeitung oder Drehbearbeitung eines Werkstücks zwischen Werkzeug und Werkstück Bearbeitungskräfte auf. In Abhängigkeit von der dynamischen Nachgiebigkeit der Werkzeugmaschine einerseits, aber auch geprägt durch Technologieparameter des Schneidprozesses und des Werkstück-Materials andererseits entsteht daraus am so genannten "Tool-Center-Point" (TCP) ein Wirkungskreis, der die Bearbeitungskräfte und die daraus resultierenden Auslenkungen am Tool-Center-Point in Relation setzt. Ein solcher Wirkungskreis kann zur Instabilität gebracht werden, wenn bei der benötigten Schneidfrequenz, die bei der Bearbeitung des Werkstücks gewählt wird, z. B. die Schnittbreite zu hoch gewählt wird, d. h. wenn zu schnell zugestellt wird. Beim Auftreten solcher selbsterregter Schwingungen spricht man von so genannten Ratterschwingungen. Diese akustisch deutlich wahrnehmbaren Ratterschwingungen hinterlassen auf der Werkstückoberfläche im Muster der Ratterschwingungsfrequenz so genannte Rattermarken, die sich sehr negativ auf die Oberflächenqualität auswirken. Aus diesem Grund müssen Maßnahmen getroffen werden, um Ratterschwingungen zu vermeiden.
Eine handelsübliche Methode, Ratterschwingungen zu reduzieren, besteht darin, den Schneidprozess konservativer zu gestalten. Hier wird die eigentlich gewünschte Schnittbreite so lange reduziert, bis keine Ratterschwingungen mehr auftreten. Diese Maßnahme bedingt jedoch eine Erhöhung der Bearbeitungszeit und damit eine Effizienzminderung der Werkzeugmaschine und stellt somit nur eine unzureichende Lösung dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei der während eines Bearbeitungsvorgangs auftretende Schwingungen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel aufweist, wobei die Spindel drehbar in einem Spindelgehäuse angeordnet ist, wobei ein um die Spindeldrehachse umlaufender Körper über Federelemente und/oder aktive Stellelemente an das Spindelgehäuse angekoppelt ist.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel aufweist, wobei die Spindel drehbar in einem Spindelgehäuse angeordnet ist, wobei mindestens zwei Massekörper über Federelemente und/oder aktive Stellelemente an das Spindelgehäuse angekoppelt sind.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Körper als Ring oder als Rohr ausgebildet ist, da sich dann eine mechanisch konstruktiv besonders einfach zu realisierende Anordnung ergibt.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente um die Spindeldrehachse drehbar angeordnet sind, da dann der Absorber auf die Schwingungsrichtung der Schwingungen ausgerichtet werden kann. Hierzu kann z. B. ein um die Spindeldrehachse drehbarer Lagerring am Spindelgehäuse drehbar gelagert angebracht sein, wobei die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente mit dem drehbaren Lagerring und dem umlaufenden Körper verbunden sind.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Körper koaxial um die Spindeldrehachse angeordnet ist, da die Masse des umlaufenden Körpers dann gleichmäßig um das Spindelgehäuse und um die Spindel verteilt ist, was sich günstig auf das dynamische Maschinenverhalten der Werkzeugmaschine auswirkt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente auf zueinander gegenüber liegenden Seiten des umlaufenden Körpers angeordnet sind, da dann eine besonders hohe Reduktion der Schwingungen ermöglicht wird.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Federelemente und/oder aktive Stellelemente in Richtung einer linearen Maschinenachse zum linearen Verfahren der Spindel angeordnet sind, weil in Richtung der linearen Maschinenachsen die Maschine im Allgemeinen die geringste Steifigkeit aufweist und somit Schwingungen bevorzugt in Richtung der linearen Maschinenachsen auftreten.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der umlaufende Körper am werkzeugseitigen Ende des Spindelgehäuses angeordnet ist, da dann Schwingungen besonders gut unterdrückt werden können, da diese in unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes gedämpft werden.
Ferner erweist sich als vorteilhaft, wenn die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente um die Spindeldrehachse drehbar angeordnet sind, da dann der Absorber auf die Schwingungsrichtung der Schwingungen ausgerichtet werden kann. Hierzu kann z. B. ein um die Spindeldrehachse drehbarer Lagerring am Spindelgehäuse drehbar gelagert angebracht sein, wobei die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente mit dem drehbaren Lagerring und den Massekörpern verbunden sind.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein erster Massekörper in Richtung einer ersten linearen Maschinenachse zum linearen Verfahren der Spindel angeordnet ist und ein zweiter Massekörper in Richtung einer zweiten linearen Maschinenachse zum linearen Verfahren der Spindel angeordnet ist, weil in Richtung der linearen Maschinenachsen die Maschine im Allgemeinen die geringste Steifigkeit aufweist und somit Schwingungen bevorzugt in Richtung der linearen Maschinenachsen auftreten.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die zwei Massekörper am werkzeugseitigen Ende des Spindelgehäuses angeordnet sind, da dann Schwingungen besonders gut unterdrückt werden können, da diese in unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes gedämpft werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft wenn die aktiven Stellelemente als Piezoaktoren ausgebildet sind. Eine Ausbildung der Stellelemente als Piezoaktoren stellt eine übliche Ausbildung der Stellelemente dar.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn am Spindelgehäuse und am Körper oder am Spindelgehäuse und an den Massekörpern jeweilig ein Sensor, insbesondere ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird eine genaue Ermittlung der Differenzgeschwindigkeit zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses und Geschwindigkeit des umlaufenden Körpers oder zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses und Geschwindigkeit der Massekörper ermöglicht. Die am Spindelgehäuse angeordneten Sensoren können dabei z. B. am Spindelgehäuse angebracht sein oder aber am Lagerring.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine eine Regelungseinrichtung aufweist, wobei die Regelungseinrichtung mit den Sensoren und über eine Ansteuereinrichtung mit den Stellelementen verbunden ist, wobei die Regelungseinrichtung ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der Stellelemente, entsprechend der Differenzgeschwindigkeit zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses und Geschwindigkeit des Körpers oder zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses und Geschwindigkeit der Massekörper, erzeugt. Hierdurch wird eine exakte Ansteuerung der Stellelemente ermöglicht.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung einer Werkzeugmaschine,
2 eine schematisierte Darstellung einer Spindel mit einem erfindungsgemäß angekoppelten Ring,
3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit aktiven Stellelementen und
4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Massekörpern.
In 1 ist in Form einer schematisierten Darstellung eine Werkzeugmaschine 1, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Fräsmaschine ausgebildet ist, dargestellt. Die Werkzeugmaschine 1 weist eine ruhendes Maschinenbett 2, sowie eine verfahrbare Werkstückhaltevorrichtung 5 auf, in die ein Werkstück 7 eingespannt ist. Weiterhin weist die Werkzeugmaschine 1 eine in einem Spindelgehäuse 8 drehbar gelagerte Spindel 4 auf. In das Spindelgehäuse 8 ist ein Antrieb zum rotierenden Antrieb der Spindel 4 integriert. Die Spindel 4 ist im Allgemeinen in Form einer Welle ausgebildet, wobei im Falle einer direkt angetriebenen Spindel, die Spindel 4 in Form einer Motorwelle vorliegt. Am werkzeugseitigen Ende ist an der Spindel 4 eine Werkzeugaufnahmevorrichtung 25 zu Aufnahme eines Werkzeugs 6 angeordnet, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels als ein Fräser ausgebildet ist. Die Spindel 4 rotiert um die Spindel-Drehachse 9, welche im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Z-Richtung liegt. Die Spindel 4 ist in X-Richtung sowie in Y-Richtung, mittels der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellter Antriebe, linear verfahrbar. Solchermaßen besitzt die Werkzeugmaschine drei linear verfahrbare Maschinenachsen, wobei zwei Maschinenachsen durch die linear in X- und Y-Richtung verfahrbare Spindel gebildet werden und eine Maschinenachse durch die in Z-Richtung verfahrbare Werkstückhaltevorrichtung gebildet wird.
Erfindungsgemäß ist im Rahmen einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein um die Spindeldrehachse umlaufender Körper 3, der im Rahmen des Ausführungsbeispiels als ein Ring ausgebildet ist, über Federelemente oder aktive Stellelemente an das Spindelgehäuse 8 angekoppelt, wobei die Ankoppelung im Rahmen des Ausführungsbeispiels derart realisiert ist, dass der umlaufende Körper und insbesondere der Ring 3 über Federelemente oder aktive Stellelemente mit dem Spindelgehäuse verbunden ist.
In 2 ist eine Draufsicht in Z-Richtung auf die Spindel 4, das Werkzeug 6, das Spindelgehäuse 8 sowie auf den Ring 3 dargestellt. Der Ring 3 ist dabei koaxial, d. h. zur Spindeldrehachse 9, gleichmäßig beabstandet angeordnet, um eine symmetrische Massenaufteilung des Rings sicherzustellen. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der umlaufende Körper im Ausführungsbeispiel als Ring und bei entsprechend länglicher Ausdehnung des Rings auch in Form eines Rohrs ausgebildet sein kann, wobei der Ring oder das Rohr auch als mehrkantiger Ring oder mehrkantiges Rohr ausgebildet sein kann und nicht unbedingt eine runde Form aufweisen muss. Der Ring 3 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels über vier Federelemente, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Federn ausgebildet sind, mit dem Spindelgehäuse 8 verbunden, wobei um eine optimierte Wirkung zu erzielen, die Federelemente auf zueinander gegenüberliegenden Seiten des umlaufenden Körpers 3 angeordnet sind. Um eine optimale Wirkung zu erzielen, sind die Federelemente dabei vorzugsweise in Richtung der linearen Maschinenachsen in X- und Y-Richtung, in der die lineare Verfahrbewegung der Spindel stattfindet, angeordnet. Um die Wirkung weiterhin zu optimieren, ist der umlaufende Körper dabei vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des werkzeugseitigen Endes des Spindelgehäuses angeordnet. Die Drehbewegung der Spindel 4 und des Werkzeugs 6 sind durch zwei Pfeile angedeutet.
Die Erfindung sieht zur Unterdrückung der beim Bearbeitungsvorgang auftretenden Schwingungen, insbesondere der Ratterschwingungen vor, wie schon oben beschrieben, einen um die Spindeldrehachse 9 umlaufenden Körper 3 über Federelemente an das Spindelgehäuse anzukoppeln. Der Körper 3 wird dabei über Federelemente 11a, 11b, 11c und 11d am Spindelgehäuse 8 befestigt. Je näher der umlaufende Körper 3 an der Werkzeugauf nahmevorrichtung 25 angeordnet ist, desto effizienter ist seine Wirkungsweise. Prinzipiell können dabei die Federelemente in allen drei kartesischen Richtungen (X, Y, Z) angeordnet werden, wobei zumindest eine auf eine Ebene (X, Y) reduzierte Federelementelagerung ausreichend ist, da die Schwingungen der Spindel, die für die Ratterschwingungen verantwortlich sind, hauptsächlich im Rahmen des Ausführungsbeispiels, in der durch die X- und Y-Richtung aufgespannten Ebene (X, Y) auftreten.
Der umlaufende Körper besitzt dabei die Masse m. Um die Federsteifigkeiten c_x und c_y der in X- und Y-Richtung angeordneten Federelemente geeignet zu dimensionieren, ist es erforderlich, die für die auftretenden Schwingungen, insbesondere die für die auftretende Ratterschwingungen, verantwortlichen Resonanzfrequenz zu unterdrücken. Die zu unterdrückende Resonanzfrequenz kann hierzu z. B. empirisch mittels einer geeigneten Messanordnung ermittelt werden. Es empfiehlt sich hierzu z. B. die Nachgiebigkeits-Frequenzgänge in X- und in Y-Richtung zu messen. Um die jeweilige Resonanzfrequenz in X-Richtung f_kritX und in Y-Richtung f_kritY zu unterdrücken, wird die Federsteifigkeit c_x der Federelemente in X-Richtung 11a und 11b und die Federsteifigkeit c_Y der Federelemente in Y-Richtung 11c und 11d bestimmt zu: cX = 0,5·m·(2·π·fkritX)2 CY = 0,5·m·(2·π·fkritY)2
Der durch den umlaufenden Körper 3 und die Federelemente 11a, 11b, 11c und 11d gebildete Absorber kann also wie oben beschrieben separat für die X- und für die Y-Richtung mittels der Wahl der entsprechenden Federsteifigkeiten c_X und C_Y getrennt dimensioniert werden. Bringt man den Absorber am Spindelgehäuse an, so erhält man durch Überlagerung der beiden Wirkrichtungen eine in der gesamten X-/Y-Ebene wirksame Reduktion der entsprechenden Spindelschwingungen. Die Ratterschwingungen setzen daraufhin erst später ein, d. h. bei einer Werkstückbearbeitung werden größere Schnittbreiten ermög licht, ohne dass Rattermarken auf der Oberfläche des Werkstücks erscheinen.
Zusätzlich zu den Federelementen kann der umlaufende Körper auch noch mittels Dämpfungselementen 12a, 12b, 12c und 12d an das Spindelgehäuse 8 angekoppelt werden. Die Dämpfungselemente sorgen dafür, dass Energie aus dem Absorber genommen wird. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist der umlaufende Körper hierzu zusätzlich über die Dämpfungselemente, die z. B. in Form von Stoßdämpfern vorliegen können, mit dem Spindelgehäuse verbunden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente um die Spindeldrehachse drehbar angeordnet sind, da dann der Absorber auf die Schwingungsrichtung der Schwingungen ausgerichtet werden kann. Hierzu kann z. B. zusätzlich ein um die Spindeldrehachse drehbarer Lagerring 26 an das Spindelgehäuse angebracht sein, was in den Figuren gestrichelt gezeichnet angedeutet ist, wobei in diesem Fall die Federelemente und/oder aktiven Stellelemente mit dem drehbaren Lagerring 26 verbunden sind, so dass der Absorber um die Spindeldrehachse gedreht werden kann.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht im Grundaufbau im Wesentlichen der vorstehend bei den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 und 2. Der wesentliche Unterschied in 3 gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß 3 die Federelemente durch aktive Stellelemente, die vorzugsweise als Piezoaktoren ausgebildet sind, ersetzt werden. Weiterhin sind Sensoren vorgesehen, die es erlauben, sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung die Differenzgeschwindigkeit v_D zwischen Spindelgehäuse 8 und umlaufenden Körper 3 zu ermitteln. Für jede kartesische Richtung X und Y wird die Differenzgeschwindigkeit v_D ermittelt und ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der Stellelemente ent sprechend der Differenzgeschwindigkeit erzeugt. Ist der Regler als rein integrierender Regler ausgebildet, so lässt sich über dessen Verstärkung das Äquivalent zur Federsteifigkeit im Falle der Verwendung von Federelementen einstellen. Verwendet man als Regler einen Proportional-Integralregler, steht mit der Verstärkung des zusätzlichen Proportional-Kanals ein Äquivalent für eine viskose Dämpfung zur Verfügung, die den Einsatz der Dämpfungselemente, gemäß der Ausführungsform gemäß 2 entspricht und zur weiteren Optimierung genutzt werden kann.
In 3 ist der Übersichtlichkeit halber die entsprechende Anordnung mit Ausnahme der Stellelemente für die Y-Richtung, nur für die X-Richtung dargestellt und mit Bezugszeichen versehen. Für die Y-Richtung ergibt sich ein identischer Aufbau, weswegen dieser der Übersichtlichkeit halber in 3 nicht dargestellt ist. Mittels eines ersten Sensors 14, der am Spindelgehäuse 8 angebracht ist und im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Beschleunigungssensor ausgebildet ist, wird die Beschleunigung des Spindelgehäuses a_S in X-Richtung gemessen und mittels eines zweiten Sensors 15, der im Rahmen des Ausführungsbeispiels als ein Beschleunigungssensor ausgebildet ist, wird die Beschleunigung des umlaufenden Körpers a_H in X-Richtung gemessen. Die Beschleunigung des Spindelgehäuses a_S und des umlaufenden Körpers a_H werden einem Subtrahierer 16 als Eingangsgrößen zugeführt und die solchermaßen ermittelte Differenzbeschleunigung einem Integrierer 17 zugeführt, der mittels Integration des Eingangssignals die Differenzgeschwindigkeit v_D zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses und Geschwindigkeit des umlaufenden Körpers bestimmt. Die Differenzgeschwindigkeit v_D wird nachfolgend einem Integrierer 18 als Eingangsgröße zugeführt, der ausgangsseitig ein Differenzlagesignal an einen Multiplizierer 19 ausgibt, der das Differenzlagesignal mit einem Faktor c_X', der ein Analogon zur Federsteifigkeit darstellt, multipliziert, und ausgangsseitig das multiplizierte Signal an einen Addierer 21 ausgibt. Parallel hierzu wird die Differenzgeschwindigkeit v_D mittels eines Multiplizierers 20 mit einem Faktor d_X', der ein Analogon zur Dämpfungskonstante darstellt, multipliziert, und das solchermaßen erzeugte Ausgangssignal dem Addierer 21 als Eingangssignalgröße zugeführt. Der Addierer 21 addiert die beiden Signale und erzeugt solchermaßen ausgangsseitig ein Ansteuersignal A zur Ansteuerung der Stellelemente 13a und 13b. Das Ansteuersignal A wird als Eingangsgröße einer Ansteuereinrichtung 22 zugeführt, die aus dem Ansteuersignal A eine entsprechende Ansteuerspannung zur Ansteuerung der Stellelemente 13a und 13b erzeugt. Der Subtrahierer 16, der Integrierer 17 und 18, die Multiplizierer 19 und 20, sowie der Addierer 21 sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels integrale Bestandteile einer Regelungseinrichtung 23. Der Integrierer 18, die beiden Multiplizierer 19 und 20 und der Addierer 21 bilden einen Proportional-Integral-Regler 24. Wie schon oben beschrieben, kann anstelle des Proportional-Integral-Reglers 24 auch ein reiner Integralregler verwendet werden. In diesem Fall wäre nur der Integrierer 18 und der Multiplizierer 19 vorhanden.
Die Ansteuereinrichtung 22 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels als von der Regelungseinrichtung 23 getrennte Komponente realisiert, selbstverständlich kann diese jedoch auch integraler Bestandteil der Regelungseinrichtung 23 sein.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in 4 dargestellte Ausführungsform entspricht vom Grundaufbau im Wesentlichen der vorstehend in 2 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 2. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß 4 anstatt des umlaufenden Körpers zwei Massekörper verwendet werden. Ein erster Massekörper 25a und dient zur Reduzierung der Schwingungen der Spindel in Y-Richtung und ein zweiter Massekörper 25b dient zur Reduzierung der Schwingungen der Spindel 4 in X-Richtung. Die beiden Massekörper sind dabei im Bezug zur Spindeldrehachse 9 im Rahmen des Ausführungsbeispiels vorzugweise im Wesentlichen um 90° gegeneinander verdreht angeordnet, insbesondere um 90° gegeneinander verdreht angeordnet. Die beiden Massenkörper 25a und 25b sind über jeweils zugeordnete Federelemente 11a und 11b an das Spindelgehäuse 8 angekoppelt, indem sie im Rahmen des Ausführungsbeispiels mit dem Spindelgehäuse 8 verbunden sind. Zusätzlich hierzu können die beiden Massekörper 25a und 25b ebenfalls über Dämpfungselemente 12a und 12b, genau wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 2, angekoppelt sein. Um die Wirkung weiterhin zu optimieren sind die Massekörper dabei vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des werkzeugseitigen Endes des Spindelgehäuses angeordnet.
Das Funktionsprinzip ist ansonsten mit der Ausführungsform gemäß 2 identisch, so dass an dieser Stelle auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet wird. Die Federsteifigkeiten c_X und c_Y der Federelemente 11a und 11b ergeben sich bei der Ausführungsform gemäß 4 zu: cX = mX·(2·π·fkritX)2 cY = mY(2·π·fkritY)2
Die Masse m_Y des ersten Massekörpers 25a und die Masse m_X des zweiten Massekörpers 25b können dabei identisch oder unterschiedlich sein.
Selbstverständlich können, genau wie bei der Ausführungsform gemäß 3, die Federelemente und Dämpfungselemente auch bei der Ausführungsform gemäß 4 durch aktive Stellelemente wie z. B. Piezoaktoren ersetzt werden, die entsprechend mit Hilfe einer analog (wie in 3 dargestellt) aufgebauten Regelungseinrichtung in analoger Weise angesteuert werden. Es sind dabei in analoger Weise Sensoren vorgesehen, die erlauben die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Massekörpern und dem Spindelgehäuse zu ermitteln.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Ausführungsform gemäß 4 ebenfalls in analoger Form einen drehbaren Lagerring 26 aufweisen kann mittels der die beiden Massekörper um die Spindeldrehachse gedreht werden können.
Die Ausführungsform gemäß 2 und 3, bei der ein um die Spindeldrehachse umlaufender Köper 3, insbesondere ein Ring oder ein Rohr verwendet wird, erlaubt gegenüber der Ausführungsform gemäß 4 einen einfacheren mechanischen Aufbau und erlaubt zudem eine symmetrische Massenverteilung, so dass das Bearbeitungsverhalten der Maschine durch den zusätzlichen Aufbau nicht wesentlich beeinflusst wird.
Die Erfindung weist den großen Vorteil auf, dass die Masse des Absorbers im Vergleich zur Gesamtmasse der Spindel und des Spindelgehäuses relativ klein ist, so dass sich die Erfindung nur unwesentlich auf die Maschinendynamik auswirkt. Die Maschinenachsen können somit nahezu mit den gleichen Beschleunigungswerten verfahren werden wie ohne den Absorber, so dass gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen quasi keine höheren Bearbeitungszeiten bei Verwendung der Erfindung entstehen.
Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich der umlaufende Körper oder die Massekörper auch gleichzeitig über Federelemente und aktive Stellelemente an das Spindelgehäuse angekoppelt sein können. Hierdurch wird es z. B. ermöglicht bei einem Hardwarefehler der Ansteuereinrichtung, die Stellelemente zu entfernen und die Maschine mit den Federelementen weiter zu betreiben.
Sollen mehrere Schwingungsfrequenzen gleichzeitig unterdrückt werden, so ist es auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Absorber, die auf jeweils unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sind gleichzeitig mit dem Spindelgehäuse zu koppeln, indem diese z. B. am Spindelgehäuse axial hintereinander entlang der Spindeldrehachse angeordnet werden.

Claims

Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Spindel (4) aufweist, wobei die Spindel (4) drehbar in einem Spindelgehäuse (8) angeordnet ist, wobei ein um die Spindeldrehachse (9) umlaufender Körper (3) über Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktive Stellelemente (13a, 13b) an das Spindelgehäuse (8) angekoppelt ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, adurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Körper (3) als Ring oder als Rohr ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktiven Stellelemente (13a, 13b) um die Spindeldrehachse (8) drehbar angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Körper (3) koaxial um die Spindeldrehachse (9) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktiven Stellelemente (13a, 13b) auf zueinander gegenüberliegenden Seiten des umlaufenden Körpers (3) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktive Stellelemente (13a, 13b) in Richtung einer linearen Maschinenachse zum linearen Verfahren der Spindel angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der um laufende Körper (3) am werkzeugseitigen Ende des Spindelgehäuses (8) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Spindel (4) aufweist, wobei die Spindel drehbar in einem Spindelgehäuse (8) angeordnet ist, wobei mindestens zwei Massekörper (25a, 25b) über Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktive Stellelemente (13a, 13b) an das Spindelgehäuse (8) angekoppelt sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11a, 11b, 11c, 11d) und/oder aktiven Stellelemente (13a, 13b) um die Spindeldrehachse (8) drehbar angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Massekörper (25a) in Richtung einer ersten linearen Maschinenachse (Y-Richtung) zum linearen Verfahren der Spindel (4) angeordnet ist und ein zweiter Massekörper (25b) in Richtung einer zweiten linearen Maschinenachse (X-Richtung) zum linearen Verfahren der Spindel (4) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Massekörper (25a, 25b) am werkzeugseitigen Ende des Spindelgehäuses (8) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Stellelemente (13a, 13b) als Piezoaktoren ausgebildet sind.
Werkzeugmaschine einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Spindelgehäuse (8) und am umlaufenden Körper (3) oder am Spindelgehäuse (8) und an den Massekörpern (25a, 25b) jeweilig ein Sensor (14, 15), insbesondere ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (1) eine Regelungseinrichtung (23) aufweist, wobei die Regelungseinrichtung (23) mit den Sensoren (14, 15) und über eine Ansteuereinrichtung (22) mit den Stellelementen (13a, 13b) verbunden ist, wobei die Regelungseinrichtung (23) ein Ansteuersignal (A) zur Ansteuerung der Stellelemente (13a, 13b), entsprechend der Differenzgeschwindigkeit (v_D) zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses (8) und Geschwindigkeit des umlaufenden Körpers (3) oder zwischen Geschwindigkeit des Spindelgehäuses (8) und Geschwindigkeit der Massekörper (25a, 25b), erzeugt.