Datenbasierte Parametrierung des thermo-elastischen Maschinenverhaltens mithilfe von vorhandenen Daten der Qualitätssicherung (T15#)

• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 174223256

In dem vorliegenden Transferprojekt wird ein im Sonderforschungsbereich/Transregio entwickeltes Modell zur Beschreibung des thermo-elastischen Maschinenverhaltens weiterentwickelt, um die Anwendbarkeit des Modells zu verbessern. In Teilprojekt B06 (TP B06) des SFB/TR wurde auf Basis von niederrangigen Verzögerungselementen ein Modell entwickelt, welches das thermo-elastische Maschinenverhalten beschreibt. Das Modell zeigt eine sehr gute Vorhersagegenauigkeit. Ein essenzieller Schritt der Modellerstellung ist die Parametrierung der Verzögerungselemente. Hierfür wird parametrierende Last auf die Maschine aufgebracht. Dies kann beispielsweise die Verfahrbewegung einer Achse sein. Gleichzeitig wird die daraus resultierende Verlagerung des Tool Center Points (TCP) gemessen. Da sich in der Regel ein volumetrischer Fehler im Arbeitsraum ausprägt, ist für eine genaue Fehlerbeschreibung eine volumetrische Messung des Fehlers notwendig. Im TP B06 wurde diese mithilfe von vier Lasertracern durchgeführt. Lasertracer haben den Vorteil, dass sie die TCP-Verlagerung volumetrisch und präzise erfassen können. Sie haben allerdings den Nachteil, dass sie sehr kostenintensiv in der Beschaffung sind. Weiterhin führt die Parametrierung mit dem Lasertracer zu einer signifikanten Reduktion der produktiven Maschinenzeit von mehreren Wochen, wodurch der Nutzen sinkt. Weiterhin stellt die Durchführung der Parametrierung von Einzellasten ein unrealistisches Maschinennutzungsszenario dar. Es ist möglich, dass bei der tatsächlichen Fertigung Maschinenzustände auftreten, die mit der Parametrierung von Einzellasten nicht abgedeckt wurden. Hierdurch verliert das Modell an Genauigkeit im Betrieb. Aufgrund dieser Nachteile ist es für ein Unternehmen unattraktiv, eine solche Parametrierung durchzuführen und das erstelle Modell bleibt ungenutzt. Das Ziel dieses Transferantrags ist der Transfer des im TP B06 entwickelten Modells zum thermo-elastischen Maschinenverhalten in eine industrielle Anwendung. Hierfür werden das in TP B06 entwickelte Modell der niederrangigen Verzögerungselemente um ein neues Parametrierungsverfahren erweitert, welches datenbasiert und anwenderorientiert eine Parametrierung während des Maschinenbetriebs ermöglicht, ohne dass zusätzliche, teure Messtechnik genutzt wird oder Maschinenstillstandszeiten entstehen. Nachgelagert an die mechanische Bearbeitung von Bauteilen findet im industriellen Kontext in aller Regel eine Qualitätskontrolle dieser Bauteile statt. Bei dieser Qualitätskontrolle werden alle kritischen Dimensionen gemessen und deren Maßhaltigkeit überprüft. Der gemessene Gesamtbearbeitungsfehler setzt sich hierbei aus einem statischen Fehler durch die Abdrängung des Werkzeugs aufgrund von Prozesskräften, einem dynamischen Fehler aufgrund von der Abdrängung des Werkzeugs durch zeitlich invariante Prozesskräfte, einem zeitlich invarianten geometrischen Maschinenfehler sowie dem eingangs erwähnten thermischen Bearbeitungsfehler zusammen

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 96: Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen - Eine systemische Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität am Beispiel der spanenden Fertigung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dresden
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher