Grundlagenuntersuchung zur Vermeidung des Regenerativeffekts in Fräsprozessen durch gezielte Auslegung von Werkzeugen mit asymmetrischen dynamischen Eigenschaften

Das Forschungsvorhaben „Grundlagenuntersuchung zur Vermeidung des Regenerativeffekts in Fräsprozessen durch gezielte Auslegung von Werkzeugen mit asymmetrischen dynamischen Eigenschaften“ ist ein Kooperationsprojekt zwischen dem Institut für Spanende Fertigung der Fakultät Machinenbau und der Arbeitsgruppe Virtual Machining der Fakultät für Informatik und untersucht die Störung des Regenerativeffekts bei Fräsprozessen durch den Einsatz von Fräswerkzeugen mit richtungsabhängiger dynamischer Nachgiebigkeit (AsymWZ). Dies soll durch die Einbringung von Nuten in den Werkzeugschaft, was die Modulation der Spanungsdicke beeinflusst, realisiert werden. Dadurch werden unterschiedliche Eigenfrequenzen des Werkzeugs bei aufeinanderfolgenden Zahneingriffen angeregt. Jeder Schnitt wird also nach wie vor durch dynamische Effekte beeinflusst, die resultierende Spanungsdickenvariation, also die Beeinflussung der Spanungsdicke durch die Schwingungen, korrespondiert allerdings nicht mehr direkt mit der Eigenfrequenz des schneidenden Zahns.

Eine Untersuchung der grundsätzlichen Wirkmechanismen soll zunächst im Experiment erfolgen. Anschließend soll eine Methodik zur gezielten Auslegung von AsymWZ auf Basis einer geometrisch-physikalischen Prozesssimulation entwickelt werden. Der Fokus der experimentellen Analysen liegt auf den Einflüssen von AsymWZ auf die Prozesskräfte, die auftretenden Schwingungsformen, -frequenzen und -amplituden, die Beschaffenheit der erzeugten Oberfläche und die Werkzeugstandzeit. Eine zentrale Forschungsfrage ist daher die Untersuchung der prozessstabilisierenden Wirkung von AsymWZ. Darauf aufbauend sollen Prozessmodelle entwickelt werden, die eine Simulation der Prozessdynamik unter Berücksichtigung der asymmetrischen dynamischen Eigenschaften von Fräswerkzeugen in der geometrisch-physikalischen Prozesssimulation ermöglichen. Des Weiteren sollen die Werkzeugnachgiebigkeiten bei mit unterschiedlichen Drehzahlen rotierender Spindel untersucht werden. Die erweiterte Prozesssimulation erlaubt eine Evaluation des erwarteten Einsatzverhaltens der AsymWZ bei unterschiedlichen Prozesskonfigurationen. Dabei soll insbesondere das Stabilitätsverhalten analysiert werden, um anhand werkzeugmodifikationsabhängiger Stabilitätskarten eine Werkzeug- und Prozessoptimierung durchführen zu können.