Modellbasierte Korrektur von Werkzeugbahnen bei der Ultrapräzisionsbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhfuß
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211652309

In der ersten Förderphase wurde ein hochdynamischer Kreuztisch für das UP-HP-Zeilenfräsen entwickelt, aufgebaut, in Betrieb genommen und charakterisiert. Mittels der gemessenen modalen Eigenformen und einer echtzeitfähigen Parameteridentifikation wurde eine modellgestützte Kompensation auf Achsebene realisiert. Neben den dadurch kompensierten Strukturschwingungen führen aber auch Wechselwirkungen einerseits zwischen den Vorschubachsen selbst, die sich als dynamische Bahnabweichungen ausprägen, und andererseits mit den in der Forschergruppe entwickelten Teilsystemen zu einer verminderten Fertigungsqualität. Dem lässt sich mit einer achsübergreifenden Kompensation von Störeinflüssen begegnen. In der zweiten Förderphase ist es daher das Ziel, dynamische Bahnabweichungen im UP-HPC Achsverbund unter Berücksichtigung der Zusatzmodule und des Prozesses zu reduzieren. Zum Erreichen dieses Ziels werden drei Schwerpunkte verfolgt: die Erweiterung der vorhandenen Kompensationsmethoden auf drei interpolierende Vorschubachsen, die Einführung von modellbasierten Filter- und Regelungsverfahren und die Erhöhung der Robustheit des Gesamtsystems. Die Übertragung der Kompensationsmethoden erfordert ein detailliertes Verständnis des dreidimensionalen Bahnverhaltens, d.h. hier insbesondere der Abweichungen von der vorgegebenen schnittbildenden Trajektorie und der Bahngeschwindigkeit. Zur Beschreibung des Bahnverhaltens wird eine direkt messende Testmethode speziell für das UP-HP-Zeilenfräsen entworfen, welche mittels Kennwerten die wesentlichen Aspekte des Bahnverhaltens quantifiziert. Damit lassen sich die zu berücksichtigenden Wechselwirkungen systematisch untersuchen und die Ergebnisse für die Kopplung der Achsmodelle zu einem Modell des Achsverbundes nutzen, auf das die Kompensationsmethoden aus der ersten Förderphase übertragen werden.Zusätzlich werden zur Minimierung dynamischer Bahnabweichungen erweiterte modellbasierte Filter- und Regelungsverfahren untersucht. Hierzu zählen das Input-Shaping, um Cross-Talk zwischen den Achsen zu reduzieren, sowie der Einsatz einer Trajektorien-Folgeregelung, um eine Verbesserung der Bahnhaltigkeit bei höherer Dynamik zu erreichen. Diese aus der (konventionellen) HPC-Bearbeitung bekannten Methoden müssen an die hohen Genauigkeitsanforderungen der UP-Bearbeitung angepasst werden. Dazu werden die jeweils zugrundeliegenden Modelle derart implementiert, dass sie an die unterschiedlichen Prozesszustände durch Maßnahmen wie die kontinuierliche Parameteranpassung adaptiert werden können. Im letzten Jahr der Förderphase werden die Potentiale und Grenzen der entwickelten Methoden im Gesamtsystem unter Einbeziehung der Schwingungsanregung durch den Prozess und der Einflüsse der zusätzlichen Komponenten untersucht. Hierzu werden Zerspanversuche durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1845: Ultrapräzise Hochleistungsbearbeitung