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Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Werkzeugmaschinen - Rechnerunterstützte Modalanalyse

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Die Arbeitsgenauigkeit einer spanenden Werkzeugmaschine wird durch die an der zerspant Stelle zwischen Werkzeug und Werkstück
auftretende Abweichungen von den vorgegebenen Arbeitsbedigungen bestimmt. . Die Ursache der Abweichung und sind zum Teil durch
geometrische und kinematische Fehler, zum Teil durch die statischen und
dynamischen Zerspankräfte bedingt. Das Verlagerungsverhalten der Maschine als Reaktion auf die Spankräfte wird ermittelt, indem anstelle dieser Kräfte bei stillstehender Maschine eine statische und eine
dynamische Kraft mit Hilfe eines Kraft Erregers relativ zwischen Werkzeug und Werkstück eingeleitet wird. Der Aufbau der umfangreichen Meß und Untersuchungsgeräte erfolgt in unmittelbarer Nähe der zu untersuchen vorbereiteten Maschine. Über ein Hydraulik Aggregat wird G elektrohydraulische Kraft Erreger mit Drucköl versorgt. Die Geräte
zur Ansteuerung des Erregers und zur Messsignal Erfassung und Auswertung sind zu transportablen Baugruppen zusammengefasst. Signalgenerator und
Signal Filter eine Erreger Ansteuerung ein Oszilloskop und für die Auswertung der Messsignale ein programmierbarer Foje Analysator bilden die 1. Geräte Gruppe. Für die Daten und Programm ein und Ausgabe sowie
deren Speicherung sind periphere Erweiterungen wie ein Bedienungsblatt
Schreiber ein Plotter und ein Magnet Plattenspeicher nötig. Die
Vorrichtung zur Befestigung des Kraft Erregers auf den Maschinen Tisch wird so montiert, dass die Kraft Erregung relativ zwischen Tisch und
Werkzeug in einer Maschine Koordinaten Richtung erfolgt, der zeitliche Verlauf der dynamischen Erreger Kräfte wird von einem Signalgenerator ausgesteuert, die erzeugte Kraft wird von einem Kraftmeßelement erfasst und auf dem Oszilloskop sichtbar gemacht. Gleichzeitig wird die
Reaktion der Maschine auf die Kraft Erregung als relative Verlagerung zwischen Maschinen Tisch und Werkzeug, mit einem Wegaufnehmer gemessen und ebenfalls auf dem Oszilloskop sichtbar gemacht. Von den
kracht und Wege Signale werden Frequenzanalysen und die hierauf
basierenden Berechnungen des sogenannten Nachgiebigkeit Frequenzgangs mit dem Foje Analysator durchgeführt. Der Betrag des
Nachgiebigkeit Frequenzgangs wird als Amplituden Gang bezeichnet.
Die Frequenz abhängige zeitliche Verschiebung zwischen eingeleiteter Kraft und resultierender Verlagerung heißt Phasen Gang. Eine andere Darstellungsform des Nachgiebigkeit Frequenzgangs ist die OPS-Kurve. Die Dokumentation der Ergebnisse erfolgt mit Hilfe des XY
Plotters. Aus der grafischen Darstellung des Amplituden Gangs
können die Resonanzfrequenzen an den Stellen der Kurven maximal entnommen werden. Bei dieser Maschine wurde für die untersuchte er Wirkungsrichtung 5 verschiedene Resonanzfrequenzen festgestellt die Frequenzangaben in Hertz werden im Amplituden Gang gekennzeichnet. zur Messung der Schwingungsformen mit dem Verfahren der Modal Analyse wird die Maschinen Struktur geometrisch durch Struktur Punkte
approximiert. Die Punkte werden an der realen Maschine markiert und
anhand einer vorgefertigten Skizze und einer Koordinaten Tabelle
kontrolliert. Die Modal Analysesoftware ist auf einer Magnet
Wechselplatte abgespeichert. Der Befehl zum Laden des
Programmsystems von der Platte in dem Rechner wird am Tastenfeld des Analysators eingegeben. Im Dialog Verkehr wird dann der Programmablauf vom Bedienungs man hauptsächlich vom Blattschreiber aus gesteuert, dabei werden zunächst die Setup Daten wie zum Beispiel die Kalibrierfaktoren der Messwertaufnehmer eingegeben. Die Vorrichtung zur Befestigung des
Kraft Erregers wird jetzt so montiert, dass die Kraft unter 45 Grad zu
allen 3 Maschinen Koordinaten Richtungen zwischen Maschinen Tisch und Werkzeug wirksam wird. Durch die in den 3 Koordinaten Richtungen wirkenden Kraft Komponenten werden sämtliche Schwingungsformen der Maschine angeregt. Zur Bestimmung des räumlichen
Schwingungsverhalten es werden an jedem zuvor markierten Strukturpunkt die Verlagerungen in den 3 Maschinen Koordinaten Richtungen gemessen Aus den Werten jeder dieser Verlagerungsmessungen und den jeweils
gleichzeitig erfassten Erreger Kräften wird wieder der Nachgiebigkeits Frequenzgang berechnet und auf der Magnetplatte abgespeichert.
nach Durchführung sämtlicher Messungen werden alle Amplitudengänge nacheinander von der Magnetplatte abgerufen und auf dem Bildschirm auf
die wesentlichen Resonanzfrequenzen hin untersucht. Ein Amplituden
Gang in dem alle wesentlichen Resonanzfrequenzen enthalten sind dient
als Basis für einen Optimierungsprozess, für jeden gemessenen
Nachgiebigkeit Frequenzgang werden Parameter einer mathematischen Gleichung derart ermittelt, dass die gemessene Kurve bestmöglich durch
den über die Gleichung beschriebenen Kurvenverlauf angenähert wird. Diese berechnete Kurve kann als Amplitude Gang und Phasenang oder in Form der OPS-Kurve mit der gemessenen Kurve verglichen und auf dem Plotter ausgegeben werden. Die sogenannten modalen Parameter werden
auf dem Bedienungsblattschreiber ausgedruckt. Sie umfassen
Eigenfrequenzen Dämpfung Scanwerte und Amplituden Parameter
anschließend wird eine Tabelle in den Rechner eingegeben in die eine Zuordnung zwischen den bereits gespeicherten Messergebnissen und den Messpunkten und Mess Richtungen getroffen wird. Zu jedem Messpunkt
werden außerdem die zugehörigen Koordinaten eingegeben. Nun kann die
zeitlich veränderliche Darstellung der Schwingungsformen auf dem Bildschirm des Rechnersystems erfolgen. Die perspektivische Ansicht
zeigt das stark übertrieben dargestellt Schwingungsgesamtverhalten, anderer Ansichten zum Beispiel die Vorderansicht. oder die Seitenansicht können wesentlich zur Analyse der Bauteil Einzel Verformungen beitragen Bei dieser und den folgenden Schwingungsformen sind sehr gut Grund Schwingungsformen des Stößels wie Starkörper-, Wiege- und Tausierungs Schwingungen zu erkennen. Daneben sind relativ Bewegung in den Führungen der Bauteile zu beobachten. Während die Schwingungsformen bei niedrigem Resonanzfrequenzen sich im Wesentlichen auf die genannten Grundformen zurückführen lassen setzen Sie sich bei höheren Frequenzen aus vielen Bauteil Einzel Verformungen zusammen. Diese Verformungen werden gut sichtbar weil die Darstellung einer jeden Schwingungsformen unabhängig von dem tatsächlichen Nachgiebigkeiten auf die jeweils maximale Amplitude normiert ist. Die tatsächlichen Verlagerungen betragen natürlich in Abhängigkeit von der anregenden Kraft nur Mikrometer. Der Einfluss einer Schwingungsformen auf das Stabilitäts Verhalten der Maschine wird anhand des an der Zeitspanstelle gemessenen Nachgiebigkeit Frequenzganges bewertet. Der Aufruf der Ergebnisse von früheren Untersuchungen anderer Maschinen ist jederzeit
möglich zum Beispiel in Gegenüberstellung zur Karussell Drehmaschine,
Schwingungsformen einer Spitzendrehmaschine. Die Ergebnisse zeigen, dass das Rechner unterstützte Verfahren der Modal Analyse für den Konstrukteur eine wertvolle Hilfe darstellt um das dynamische Verhalten bestehender Maschinen Konstruktionen zu analysieren und gezielte konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung des Verhaltens zu ergreifen.
Werkzeug
Spanende Werkzeugmaschine
Werkstück
Computeranimation
Vorlesung/Konferenz
Schnittkraft
Kraftpapier
Maschine
Werkzeug
Elektrohydraulik
Gerät
Ansteuerung
Messung
Werkstück
Messer
Maschine
Hydraulik
Messsignal
Signalgenerator
Karosserie
Aggregat
Gerät
Ansteuerung
Analysator
Filter
Signal
Oszillograph
Messsignal
Computeranimation
Vorrichtung
Maschine
Magnetplattenspeicher
Vorlesung/Konferenz
Befestigung
Werkzeug
Kraftpapier
Oszillograph
Maschine
Vorlesung/Konferenz
Signalgenerator
Richtung
Oszillograph
Maschine
Frequenzgang
Analysator
Vorlesung/Konferenz
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Frequenzanalyse
Frequenzgang
Vorlesung/Konferenz
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Gang <Uhr>
Frequenzgang
Vorlesung/Konferenz
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Gang <Uhr>
Vorlesung/Konferenz
Messung
Kurve <Verkehrswegebau>
Eigenfrequenz
Maschine
Gang <Uhr>
Computeranimation
Maschine
Vorlesung/Konferenz
Messung
Vorlesung/Konferenz
Vorrichtung
Analysator
Proof <Graphische Technik>
Vorlesung/Konferenz
Befestigung
Platte
Werkzeug
Versatz <Werkzeug>
Schwingungsverhalten
Maschine
Richtung
Frequenzgang
Kraftpapier
Vorlesung/Konferenz
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Computeranimation
Bildschirm
Durchführung <Elektrotechnik>
Vorlesung/Konferenz
Eigenfrequenz
Vorlesung/Konferenz
Eigenfrequenz
Vorlesung/Konferenz
Gang <Uhr>
Computeranimation
Frequenzgang
Vorlesung/Konferenz
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Gang <Uhr>
Dämpfung
Eigenfrequenz
Vorlesung/Konferenz
Messwert
Richtung
Bildschirm
Vorlesung/Konferenz
Messschraube
Versatz <Werkzeug>
Frequenzgang
Eigenfrequenz
Maschine
Vorlesung/Konferenz
Führung <Technik>
Bauteil
Deformation
Nachgiebigkeit <Verbindungstechnik>
Computeranimation
Stössel <Maschine>
Maschine
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Werkzeugmaschinen - Rechnerunterstützte Modalanalyse
Alternativer Titel Test of the Dynamic Behaviour of Machine Tools - Computer Aided Modal-Analysis
Autor Prössler, Ernst-Kurt
Weck, Manfred
Mitwirkende E. Fischer (Schnitt)
Jürgen Weiss (Kamera)
Helmut Adolf (Redaktion)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt in unveränderter Form zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.3203/IWF/C-1288
IWF-Signatur C 1288
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1978
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1977

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 133 m ; F, 12 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Messung der Resonanzfrequenzen und dynamischen Nachgiebigkeiten an der Zerspanstelle. Ermittlung der Maschinenschwingungsformen mit Hilfe der Modalanalyse am Beispiel von zwei verschiedenen Drehmaschinen. Darstellung der Schwingungsformen auf dem Bildschirm.
A measuring procedure for analysing the dynamic behaviour of a machine tool structure is presented with the aid of an example of a vertical turning machine. The first part of the film deals with the measurement of the resonance frequencies and the compliances at the cutting point. The procedure for measuring the mode shapes using the method of computer aided Modal Analysis and the results obtained are shown in the second part of the film. Special emphasis is laid on the vibrating mode shapes displayed on CRT.
Schlagwörter Schwingungsverhalten / Werkzeugmaschine
Schwingung / technische Beispiele
Schwingung / Ratterschwingung
Ratterschwingung
Modalanalyse
Drehen / Störschwingung
computergestützte Modalanalyse
computer aided modal analysis
modal analysis
chatter vibration

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