Entwicklung einer Methodik zur Erweiterung und auslenkungsbasierten Kalibrierung eines achsstellungssensitiven Prozesskraftmodells
Das Forschungsvorhaben „Entwicklung einer Methodik zur Erweiterung und auslenkungsbasierten Kalibrierung eines achsstellungssensitiven Prozesskraftmodells“ ist ein Kooperationsprojekt zwischen dem Institut für Spanende Fertigung der Fakultät Machinenbau und der Arbeitsgruppe Virtual Machining der Fakultät für Informatik.
Zur Analyse von Fräsprozessen können Prozesssimulationen genutzt werden, um beispielsweise regenerative Schwingungen vorherzusagen oder Prozessparameterwerte anzupassen, sodass eine Steigerung der Produktivität und Sicherung einer erforderlichen Werkstückqualität ermöglicht werden kann. Hierzu werden zum Beispiel bei geometrisch-physikalischen Prozesssimulationen Modelle zur Berechnung der Prozesskräfte und zur Analyse der Prozessdynamik verwendet. Empirische Zerspankraftmodelle können basierend auf Kraftmessungen von Zerspanversuchen kalibriert werden, wobei jedoch das dynamische Verhalten des Werkzeugs und des Werkstücks als Störgröße die gemessene Zerspankraft direkt beeinflusst. Ebenfalls schränkt die eingesetzte Kraftmesstechnik aufgrund ihrer Nachgiebigkeit und ihres Übertragungsverhaltens die Durchführung von Kraftmodellparametrierung ein. Zugleich können unterschiedliche Parameterwertkombinationen zu verschiedenen, vergleichbar validen Modellierung führen, welche in der Simulation in unterschiedlichen Auslenkungen resultieren.
Das Übertragungsverhalten von Schaftfräsern auf Werkzeuge mit sphärischen Formelementen, wie Kugelkopf- oder Torusfräsern, vor allem im Hinblick auf die variierende Schneidengestalt und des lokalen, effektiven Drallwinkels, welche die Kraftwirkrichtung sowie die spezifischen Schnittkräfte werkstoffabhängig beeinflussen, sind bisher nicht umfassend untersucht.
In diesem Projekt soll eine neue Methodik zur Parametrierung von Prozesskraftmodellen und folgend ein erweitertes Kraftmodell entwickelt werden, wobei die Werkzeugauslenkungen, die während der Zerspanung gemessen werden, berücksichtigt werden sollen, um eine eindeutige Vorhersage von anregenden Prozesskräften und Werkzeugauslenkungen unter Berücksichtigung ihrer physikalischen Wechselwirkungen und der Nachgiebigkeit des Systems zu ermöglichen.
Basierend auf einer initialen empirischen Parametrierung sollen Auslenkungsmessungen zur Optimierung der Parameter verwendet werden. Dabei sollen sowohl die Werkzeugorientierung, die variierenden Eingriffsbedingungen entlang der Schneide als auch die Übertragbarkeit der Modellkalibrierung auf andere Werkstoffe (am Beispiel von Stahl- und Aluminiumwerkstoffen) und Werkzeuge untersucht werden, sodass der Gültigkeitsbereich der Modelle auch im Hinblick auf die Werkzeugorientierung des achsstellungsabhängigen Verhaltens in 5-achsigen Fräsprozessen erweitert wird.
