Identifikation optimaler Prozessparameter bei der doppelspindligen Bearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234112847

Zur Erhöhung der Fertigungskapazität finden zweispindlige Bearbeitungszentren eine breite Anwen-dung in der Industrie. Eine solche Maschinenkonfiguration ist aus wirtschaftlicher Sicht von Vorteil, da eine Produktivitätssteigerung bei annähernd gleicher Maschinenstellfläche und nur mäßig höheren Investitionskosten erzielt werden kann. In der Praxis wird die umsetzbare Zerspanleistung jedoch oft durch die dynamische Instabilität des Fräsprozesses erheblich begrenzt. In vorangegangenen, durch die DFG geförderten Forschungsarbeiten am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen konnte ein maßgeblicher Einfluss der Winkelstellung der beiden Fräswerkzeuge zu einander auf die Prozessstabilität ermittelt und nachgewiesen werden.Die optimale Winkelstellung, die einen stabilen Prozess mit maximaler Schnitttiefe ermöglicht, ist ab-hängig sowohl von der Maschinenstruktur, als auch von Prozessparametern des Fräsprozesses. Die Ermittlung einer optimalen Winkelstellung kann entweder über Simulation des Bearbeitungsprozesses oder durch Reihenversuche an der betreffenden Maschine erfolgen. Der Aufwand zur Parametrierung eines Simulationsmodells, aber auch für die Durchführung der entsprechenden Reihenversuche ist erheblich. Ein parametriertes Simulationsmodell muss schließlich ebenfalls durch experimentelle Ver-suche validiert und abgesichert werden. Aufgrund des hohen Aufwands für Ermittlung von Stabilitäts-karten, bzw. optimaler Winkelstellungen, werden in der industriellen Praxis die Stabilitätsgrenzen für die vorliegenden Bearbeitungsprozesse nicht ermittelt. Kommt es beim Einfahren von Serienbauteilen zu regenerativen Schwingungen, versucht der Maschinenbediener in der Regel durch Variation der Prozessparameter die instabilen Prozessbereiche zu stabilisieren. Führt dieses Vorgehen nicht in wenigen Versuchen zu einer stabilen Zerspanung wird die Schnitttiefe und somit die Produktivität re-duziert.Um das Potential der unterschiedlichen Winkelstellungen auszunutzen und die gewonnenen Erkennt-nisse für die Industrie nutzbar zu machen ist ein Verfahren zu erarbeiten, das eine weitestgehend automatische Bestimmung des optimalen Schneideneingriffstaktes des Werkzeugs 1 und 2 in Abhän-gigkeit der aktuellen Prozessparameter zulässt. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist eine Methodik sowie einen Mess- und Analyseaufbau mit entsprechender Software zu entwickeln, die es einem Maschinenbediener ohne Kenntnisse in der Schwingungstechnik ermöglicht, effiziente Pro-zessparameter zu bestimmen.Dazu wird eine Analysesoftware entwickelt, mit deren Hilfe die im Zerspanprozess auftretenden Schwingungen bezüglich ihrer auftretenden Amplituden im Bereich der relevanten Frequenzspektren ausgewertet werden. Der Zerspanvorgang mit dem entsprechenden Winkelversatz zwischen den äquivalenten Schneiden beider Werkzeuge, bei dem die niedrigste Schwingungsamplitude in relevan-ten Frequenzbereichen festzustellen ist, wird als effizient identifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Beteiligte Institution: CHIRON Group SE