Prozessstabilität von parallelen Drehprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265095111

Zur Steigerung der Produktivität von Zerspanprozessen werden zunehmend Drehautomaten mit mehreren Werkzeugrevolvern eingesetzt. Diese Maschinen zeichnen sich durch die Möglichkeit des simultanen Eingriffs mehrerer Werkzeuge an einem Drehteil aus. Der Eingriff kann entweder an unterschiedlichen Bereichen eines Werkstücks erfolgen oder mehrere Schneiden zerspanen parallel an derselben Schnittoberfläche.In beiden Fällen kann es zu Prozessinstabilitäten in Form von Rattern kommen. Als Rattern werden selbsterregte und sich regenerativ selbstverstärkende Schwingungen bezeichnet, die aus Wechselwirkungen zwischen den dynamischen Struktureigenschaften der Werkzeugmaschine und dem dynamischen Prozessverhalten resultieren.Bisher gibt es kaum Untersuchungen zur Prozessstabilität von parallelen Drehprozessen. In vorangegangen Untersuchungen am WZL konnte bereits ein großer Einfluss des Transfernachgiebigkeitsverhaltens auf die Prozessstabilität bei der doppelspindligen Bearbeitung nachgewiesen werden. Das Transferverhalten beschreibt die Verlagerung an einem zweiten Werkzeug in Folge einer Kraft an einem ersten Werkzeug. Bei parallelen Drehprozessen mit mehreren Schneiden an der gleichen Schneidfläche kommt es zudem zu einer gegenseitigen Anregung beider Zerspanprozesse durch die Welligkeit der gemeinsam zerspanten Werkstückoberfläche.Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, das Stabilitätsverhalten paralleler Drehprozesse zu ermitteln, abzubilden und zu bewerten. Es wird insbesondere ein großer Einfluss der Winkelstellung zwischen den eingreifenden Schneiden auf die Prozessstabilität erwartet, da der Winkel die für die Prozessstabilität relevante Totzeit direkt beeinflusst. Später soll dieser Winkel permanent verändert werden, um eine zeitvariable Totzeit zu generieren (analog zur aktiven Drehzahlvariation). Die Abbildung erfolgt über entsprechende Erweiterungen des klassischen Wechselwirkungskreises zwischen Maschinen- und Prozessverhalten. Die geplante Simulation soll im Zeitbereich erfolgen, um auch zeitvariable Prozessparameter untersuchen zu können. Zur grundlegenden Untersuchung der Einflussparameter und systematischen Validierung der Simulation wurde bereits ein Prüfstand konstruiert. Dieser Prüfstand besteht aus zwei Einmassenschwingern, die zueinander im Winkel verstellbar sind. Mithilfe dieses Analogieprüfstands lässt sich das Maschinenverhalten auf ein Einmassenschwinger-Verhalten reduzieren. Dadurch kann sich auf die simulative Abbildung der Prozess-Maschine-Interaktion konzentriert werden. Mithilfe des virtuellen Modells werden geeignete Optimierungsstrategien zur Steigerung der prozessstabilen Zerspanraten ermittelt und validiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann auf eine simulative Abbildung einer industriellen Drehmaschine mit mehreren Supporten übertragen und validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen