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Entwicklung eines Prozessmodells zur Simulation von adaptiven Regelungskonzepten für das Metallbandsägen

Antragsteller Dr.-Ing. Thomas Stehle
Fachliche Zuordnung Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Förderung Förderung von 2016 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289598126
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Sägen ist häufig der erste Arbeitsschritt in spanenden Fertigungsketten. Gerade bei größeren Werkstücken wird dafür anwendungsbedingt das Bandsägen verwendet. Trotzdem hatten Sägeprozesse lange Zeit ein Nischendasein in der Forschungslandschaft. In Folge von Optimierungsersuchen der Fertigungsprozesse hinsichtlich Wirtschaftlichkeit rückt das Bandsägen immer mehr in den Fokus der Forschung. Im Rahmen dieses Projektes wurden zwei unterschiedliche konstruktive Ansätze verfolgt, um dieses Ziel zu erreichen. Das Optimierungsziel beider Ansätze ist jeweils die Erhöhung der Standzeit bzw. der möglichen Schnittfläche des Sägebandes. Das sekundäre Ziel liegt in der Reduzierung des seitlichen Verlaufs des Sägebandes und damit in er Verringerung des Materialverschnitts. Dazu wurde zunächst ein Simulationsmodell in Matlab/Simulink aufgebaut, welches den Schnittverlauf und die Prozesskräfte vorhersagen kann. Im Laufe des Projektes wurde das Modell um die verschiedenen Systemmodelle der neuen Konstruktionen und dazugehörigen Reglern erweitert. Da die Simulation auf einer Datenbasis aus Analogieversuchen arbeitet, wurden diese im Laufe des Projektes aufgebaut und Künstliche Intelligenz (KI) Ansätze entwickelt. Mit diesen Ansätzen kann der Versuchsaufwand für die Zukunft reduziert werden, wenn neue Materialien oder Werkzeuge für die Simulation eingepflegt werden sollen. Die erste Konstruktion verfolgt den Ansatz, über aktives Verkippen des Sägebandführungssystems dem Schnittverlauf entgegen zu wirken. Mit der zweiten Konstruktion wurde die These überprüft, dass eine aktive Schwingungsanregung in Vorschubrichtung den Spanbruch positiv beeinflusst. Für die Sägebandverkippung wurden verschiedene Konzepte entworfen und verglichen. Schließlich wurde ein Konzept gewählt, mit dem der Anteil der translatorischen und rotatorischen Bewegungen auf das Sägeband verändert und somit verschiedene Konfigurationen untersucht werden können. Als Aktoren hierfür wurden einfachwirkende Zylinder genutzt. Die aktive Schwingungsüberlagerung in Vorschubrichtung wurde zunächst mit Analogieversuchen analysiert, wobei aufgrund des einfacheren Regelverhaltens und der höheren Bandbreite ein Piezoaktor verwendet wurde. Hierbei wurden die Prozesskräfte und die Spanbildung betrachtet. Es konnten verschiedene Parameterpaarungen ermittelt werden, die einen positiven Einfluss zu haben scheinen. Bei der Übertragung auf den realen Bandsägeprozess musste jedoch festgestellt werden, dass die eingebrachten Schwingungen zwar im Leerlauf noch gut sichtbar und messbar sind, jedoch im Prozess von anderen Schwingungen überdeckt werden und somit im untersuchten Parameterfenster kein Einfluss feststellbar war. Dahingegen konnte gezeigt werden, dass sich mit der aktiven Verkippung des Sägebandes gegenüber der konventionellen Bearbeitungsweise eine merkliche Erhöhung der Standzeit der untersuchten Sägebänder erreichen lässt. Die Ergebnisse lassen erwarten, dass dieses Potenzial mit einem erweiterten Kippwinkelbereich des Aufbaus noch weiter erhöht werden kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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