Verbundprojekt

ReffiZ

Realisierung effizienter Zerspanprozesse

Kurzfassung:

Das Forschungsvorhaben ReffiZ entwickelte effiziente Zerspanungsprozesse, welche die Produktentwicklung und Herstellung im Maschinenbau ganzheitlich optimieren. Aufbauend auf experimentellen Versuchsreihen wurden Verfahren zur automatisierten Ermittlung von Prozesscharakteristika erforscht. Es erfolgte eine umfassende Modellbildung zur Simulation relevanter physikalischer Effekte. Dadurch kann nun der Planungsaufwand für hochproduktive und qualitätsoptimierte Bearbeitungsoperationen reduziert und fertigungs- und anwendungsgerechte Produkte wirtschaftlich besser hergestellt werden.

www: http://www.reffiz.de

Projektdauer: 01.03.12 - 31.08.15

Projektkoordinator:

Dipl.-Ing. (FH) M.-Eng. Harald Altstädter
Gebrüder Heller Maschinenfabrik GmbH
Tel.: +49 7022 77-1459
E-Mail: harald.altstaedter@heller.biz

Ansprechpartner bei PTKA-PFT:

Dipl.-Ing. Stefan Scherr
Tel.: +49 721 608-25286
E-Mail: stefan.scherr@kit.edu

 

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung

Die Produktentstehung ist für produzierende Unternehmen essentiell, um mittel- und langfristig auf dem Weltmarkt bestehen zu können. Fehlende Planungs- und Simulationsmöglichkeiten zur Abschätzung der Wechselwirkungen zwischen Werkstückgeometrie, spanendem Fertigungsprozess und Werkzeugmaschinensystem hemmen eine fertigungseffiziente Produktgestaltung. Daraus resultiert eine iterative und kostspielige Optimierung zwischen der Produktentwicklung und der Fertigungsvorbereitung.

Zielsetzung

Ziel des Verbundprojektes war deshalb die Entwicklung von Planungsprozessen und Softwarewerkzeugen zur simulationsgestützten Produktauslegung. Dabei wurden die Prozessführung in der Serienfertigung sowie die eingesetzten Produktionsmittel berücksichtigt. Im Projekt wurden Methoden zur Prognose des Prozess-Maschine-Verhaltens bereits im Produktentwicklungsprozess durch die Erweiterung der CAM-NC-Planungskette erforscht. Es wurden die Voraussetzungen geschaffen, Produktionsmittel in der Entwicklungsphase durch Simulation hinsichtlich ihrer Fertigungseffizienz für definierte Bearbeitungsoperationen wesentlich zu verbessern.

Vorgehensweise

Das dynamische Wechselwirkungsverhalten von Maschine und Prozess wurde anhand maschineninterner Leistungs- und Regelgrößen in Referenzprozessen automatisch erfasst, analysiert und zur Parametrierung der Simulationswerkzeuge aufbereitet. Parallel hierzu wurden bestehende Simulationsansätze zur Beschreibung der Prozess-Maschine-Interaktion den Anforderungen einer frei parametrierbaren Bahnführung angepasst und Planungsmethoden aus den Erkenntnissen über stabile Bearbeitungsprozesse abgeleitet. In einem weiteren Arbeitsschritt wurden die resultierenden Modellbeschreibungen und Planungsverfahren in Softwaresysteme umgesetzt, sowie in den industriellen Produktentstehungsprozess bei Maschinenanwendern und Maschinenherstellern integriert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Der resultierende interdisziplinäre Austausch zwischen Maschinenanwendern und Maschinenherstellern ermöglicht nun, den Aufwand für die Planung stabiler Bearbeitungsoperationen zu reduzieren sowie gleichermaßen fertigungseffiziente und anwendungsgerechte Produkte bzw. Maschinen zu entwickeln. Gleichermaßen wurden die Softwarelösungen aus dem Vorhaben zur Implementierung in kommerziell verfügbaren Planungssystemen aufbereitet. Sie stehen somit einem breiten Feld von Anwendern einschließlich kleiner und mittelständischer Unternehmen zur Verfügung. Die Ergebnisse sind branchenweit übertragbar, wie beispielsweise in die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Automobilindustrie, den Landmaschinenbau und den Formenbau.

Publikationen

Realisierung effizienter Zerspanprozesse

Autor: Brecher, C. (Hrsg.)

Verlag: Shaker Verlag, Aachen

Erscheinungsjahr: 2015

ISBN: 978-3-8440-3917-7

Beschreibung: Für einen Großteil der industrienahen Zerspanprozesse ist eine Vorausberechnung der optimalen Prozessparameter bisher nicht möglich. Für diese Dreh- und Fräsprozesse stellt das ReffiZ-Projekt nun Werkzeuge bereit, welche eine verbesserte simulative Prognose der Prozessstabilität erlauben. Das schwingungstechnische Modell der Werkzeugmaschine wurde erweitert. Es wurde eine Methode entwickelt, mit welcher das positionsabhängige Schwingungsverhalten berücksichtigt werden kann. Außerdem wurden sowohl für das Drehen als auch für das Fräsen effiziente Durchdringungsrechnungen qualifiziert, welche Aussagen über den jeweils aktuellen Zerspanquerschnitt bzw. über den Verlauf der Eingriffsbedingungen entlang des Werkzeugpfads erlauben. Die Zuverlässigkeit der Zerspankraftmodelle wurde gesteigert und ihre Parametrierung wurde vereinfacht. UDurch die Korrelation von Achsströmen und Zerspankräften können nun aufwendige Messaufbauten entfallen. Zur Bestimmung der Zerspankraftkoeffizienten aus den ermittelten Kraftverläufen steht nun eine neuartige Methode bereit. Die Methode verarbeitet die statischen Kraftanteile und ist folglich robust gegenüber etwaigen Störeinflüssen oder zu geringer Signalabtastrate. CAM-Programmiersysteme wurden prototypisch erweitert, um eine Aussage über die Antriebsauslastung und die Prozessstabilität zu erhalten. Bisher sind Simulationssysteme verfügbar, mit denen Taktzeiten optimiert und Maschinenabläufe hinsichtlich eventuell auftretender Kollisionen überprüft werden können. Nun wurde das virtuelle Maschinenabbild prototypisch um einen virtuellen Antrieb und ein einfaches Schwingungsmodell der Maschinenstruktur ergänzt. Mit diesem System kann die Antriebsauslastung und in Kombination mit einem Prozessmodell sogar das Schwingungsverhalten für die virtuell definierte, kundenspezifische Bearbeitungsaufgabe in den bereits bekannten Simulationssystemen vorhergesagt werden.

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