Identification of optimal process parameters in twin-spindle machining
Final Report Abstract
Für industrielle Zerspanprozesse ergibt sich durch die Kenntnis der optimalen Prozessparametrierung ein großes Potential zur Produktivitätssteigerung. Das Ermitteln prozessstabiler Parameter erfolgt allerdings meist durch material- und zeitaufwendige Zerspanversuchsreihen. Im Rahmen dieses Projektes wurde daher neben einer effizienten Eingrenzung der Stabilitätsgrenze eine automatisierte Stabilitätsauswertung in Abhängigkeit der Prozessparameter umgesetzt. Ziel der entwickelten Methode ist die zeit- und materialeffiziente Ermittlung prozessstabiler Zerspanparameter. Es konnten bei der Ermittelung von Stabilitätsgrenzen für einzelne Prozessparametereinstellungen durch das Fräsen in schräg angestellte Werkzeuge und mit Hilfe von Stabilitätsalgorithmen im Zeitbereich deutliche Zeit- und Kosteneinsparungen realisiert werden. Darüber hinaus wurden geeignete Methoden entwickelt, um das Abfahren vollständiger Stabilitätskarten zu automatisieren. Dafür musste eine geeignete Möglichkeit zur Kommunikation der NC-Einheit mit dem externen Rechner mit den Auswerteprogrammen und Sensoren gefunden werden. Dazu wurde auf Basis der OPC-Schnittstelle eine Möglichkeit zum externen Lesen und Setzen von R-Parametern entwickelt. Um ein anwenderfreundliches Vorgehen ohne Expertenwissen zu ermöglichen, wurde das Programm zusätzlich in einer höheren Programmiersprache umgesetzt. Damit ist es Maschinenbedienern möglich für unterschiedliche Werkzeug-Werkstoffkombinationen Stabilitätskarten abzufahren und somit die optimale Prozessparametrierung zu ermitteln. Die Messhardware wurde in den Schaltschrank der Maschine integriert. Für eine vollständig maschinenintegrierte Lösung gestaltet sich allerdings die Einbindung der Sensorik als schwierig und ist nicht von den Maschinenanwendern erwünscht. Es wurden daher Möglichkeiten zur Nutzung interner Sensoren diskutiert. Dies soll entweder über direkte interne Sensorik - beispielsweise die von Maschinenherstellern verbauten Beschleunigungssensoren zum Nachweis von Überlasten und Kollisionen - geschehen oder es soll eine indirekte Möglichkeit zur Erkennung von Prozessstabilitäten entwickelt werden. Hier wurde eine Auswertung der Drehgebersignale der Spindeln und der Linearachsen fokussiert. Durch die Spandickenmodulation beim Rattern kommt es zu einer unterschiedlich dicken Spanabnahme, was wiederum zu einer Drehzahlveränderung führt. Diese passive Drehzahlvariation wäre über die Auswertung des Drehgebersignals erkennbar. Erprobungsversuche haben gezeigt, dass sich auch Signale der Linearmesssysteme, welche mithilfe von GEMAC-Interpolatoren hochfrequent abgetastet werden können, hervorragend für die Rattererkennung eignen. Das Labview und das C#-Programm wurden entsprechend erweitert. Die entwickelte Methodik wurde schließlich über die Ermittlung von Stabilitätskarten und den Vergleich mit Ergebnissen konventionell durchgeführter Versuche validiert. Dabei stellte sich heraus, dass die entwickelte Rattererkennungsmethode zusammen mit der kontinuierlich ansteigenden Schnitttiefe ein Stabilitätsdiagramm mit einem um den Faktor vier reduzierten Versuchsaufwand und hoher Genauigkeit ermitteln kann.
Publications
- Analyse, Modellierung und Simulation des dynamischen Verhaltens bei der doppelspindligen Fräsbearbeitung, Dissertation RWTH Aachen, 2014
Trofimov, Y.
- Optimale Prozessparameter effizient ermitteln – Am Beispiel der doppelspindligen Fräsbearbeitung. In: wt Werkstatttechnik online, Jg. 104, Nr. 5, S. 260-265, 2014
Brecher, C.; Epple, A.; Fey, M.
- Prozessstabilität bei der doppelspindligen Fräsbearbeitung. In: VDI-Z Integrierte Produktion, Jg. 156, Nr. 9, S. 28-32, 2014
Brecher, C.; Epple, A.; Fey, M.
- Automatisierte Erstellung von Stabilitätskarten für Fräsbearbeitungen. In: ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Betrieb. Jg. 110 , Nr. 04, S. 191-195, 2015
Brecher, C.; Kiesewetter, C.; Epple, A.; Fey, M.
(See online at https://doi.org/10.3139/104.111307) - Stabile Prozessparameter bei Mehrspindlern ermitteln. Maschinenmarkt, das Industrieportal, online 21.08.15
Brecher, C.; Epple, A.; Kiesewetter, C.; Fey, M.
