Entwicklung eines Modells zur Vorhersage der Prozessstabilität beim Fräsen unter Einbeziehung von Prozessdämpfung
Final Report Abstract
Im Rahmen des durchgeführten Projekts wurden erfolgreich Methoden zur Abbildung des Effekts der Prozessdämpfung, der insbesondere bei Verwendung gefaster Werkzeuge auftritt, sowohl in der analytischen Berechnung von Stabilitätskarten als auch transienten Simulation von Fräsprozessen erforscht und umgesetzt. Aufgrund der Schwingungen des Werkstücks und des Werkzeugs tritt in der Zerspanung ein Kontakt zwischen der Freiflächenfase des Werkzeugs und dem Werkstück auf. Die durch den Kontakt entstehende Dämpfung führt zu einer hohen Stabilisierung des Prozesses. Zur Berücksichtigung dieser Effekte bei der analytischen Berechnung der Prozessstabilität wurden unterschiedliche Ansätze zur Abbildung der auftretenden Nichtlinearitäten angewandt und erforscht. Dabei zeigte das komplexe Schießverfahren keine Vorteile gegenüber dem einfachen linearisierten Ansatz im Vergleich zu den Experimenten. Die für die Berechnung notwendigen Parameter, wie die Prozessdämpfungskoeffizienten, wurden anhand unterschiedlicher Herangehensweisen identifiziert. Die dabei unabhängig voneinander unter Berücksichtigung der Fase identifizierten Koeffizienten liegen sehr dicht beieinander, was den materialspezifischen Charakter dieser Werte belegt. Daneben wurde ein Modell zur transienten Simulation von Fräsprozessen um eine Methode zur Berücksichtigung der Prozessdämpfung in Abhängigkeit der Freiflächengeometrie erweitert. Hier zeigte sich deutlich, dass aufgrund von elastischen Effekten zwischen der Schneide und dem Werkstück, das Material sich unmittelbar nach dem Abtrag ausdehnt und in den Kontakt zur Freifläche tritt, auch wenn keine starke Schwingung auftritt. Aus den transienten Simulationen ging ein Relaxationswinkel zwischen 0,5 und 1,6° für ansteigende Wirkkräfte im Prozess hervor. Zur abschließenden Verifikation der Modelle sollte eine messtechnische Erfassung der Materialrückdehnung in der Bearbeitung durchgeführt werden. Darüber hinaus bilden die Modelle eine geeignete Grundlage, die Methoden um die Berücksichtigung weiterer Werkzeuggeometrien zu erweitern.
Publications
- Einfluss der Werkzeuggestalt auf die dynamische Stabilität des Fräsprozesses, Dr.-Ing. Diss., Leibniz Universität Hannover, 2012
Sellmeier, V.
- High speed process damping in milling, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 5, 2012, S. 8-19
Sellmeier, V.; Denkena, B.
- Modeling and simulation of milling processes including process damping effects, Production Engineering Research and Development, 2014, Volume 8, Issue 4, pp 453–459
Denkena, B.; Bickel, W.; Grabowski, R.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11740-014-0544-0)
