Der nächste Schritt zur virtuellen Werkzeugmaschine: Simulation der Dämpfungseffekte verursacht durch die Maschine-Prozess-Interaktion
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Forschungsprojekt befasste sich mit der Verbesserung der Genauigkeit von dynamischen Modellen von Werkzeugmaschinen. Ziel war ein Modell, das es erlaubt, dynamische Instabilitäten vorherzusagen, die durch die Wechselwirkung zwischen der Struktur der Werkzeugmaschine und den Bearbeitungsprozessen auftreten können. Diese beschleunigen den Werkzeugverschleiß, können zu ungenaueren Bearbeitungsergebnissen führen und sie können sogar die Werkzeugmaschine beschädigen. Es wurde ein umfassendes Vorhersagemodell entwickelt, das alle Aspekte des Maschinenbetriebs einbezieht. Dazu wurden Methoden zur Identifizierung der strukturdynamischen Effekte während der Bearbeitung untersucht. Herkömmliche Verfahren zur Anregung der Werkzeugmaschine erwiesen sich aufgrund von Sicherheitsrisiken während der aktiven Bearbeitung als ungeeignet. Daher wurden alternative Ansätze untersucht, darunter speziell angepasste Bearbeitungsprozesse, die Anregung der Struktur über die eingebauten Vorschubantriebe und der Einsatz von piezoelektrisch aktuierten Werkzeugen. Der Einsatz eines Shakers nahe am Werkzeugmittelpunkt (TCP) erwies sich unter den getesteten Ansätzen als die am besten geeignete Methode. Diese Technik ermöglichte eine kontrollierte Anregung über einen weiten Frequenzbereich und damit die reproduzierbare Bestimmung von Frequenzgängen während des Prozesses. Die mit dieser Messmethode durchgeführten experimentellen Untersuchungen gaben Aufschluss über den Einfluss verschiedener prozessbedingter Faktoren auf das gedämpfte dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen. Zu den Faktoren gehören die Position des TCP im Arbeitsraum, die Vorschubgeschwindigkeit, die Spindeldrehzahl und die auf die Spindel wirkenden Bearbeitungskräfte. Die Ergebnisse unterstreichen den Bedarf an Simulationen, die diese Faktoren berücksichtigen, um hochgenaue Stabilitätsvorhersagen zu treffen. Solche detaillierten Simulationen sind auch unerlässlich, um die Leistung von Werkzeugmaschinen zu erhöhen und unerwünschte Vibrationen zu reduzieren. Die erreichte Disaggregation der Dämpfungseffekte während des Bearbeitungsprozesses stellt einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der Dynamik von Werkzeugmaschinen dar. Obwohl die vollständige Integration aller prozessinduzierten Dämpfungseffekte in das Simulationsmodell aussteht, legt diese Errungenschaft den Grundstein für künftige Arbeiten, um auf diese experimentellen Ergebnisse aufzubauen und eine vollständige Integration zu erreichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Der digitale Zwilling der Werkzeugmaschine/The digital twin of machine tools. wt Werkstattstechnik online, 111(03), 179-183.
Fischer, Andreas; Semm, Thomas; Zäh, Michael F.; Spescha, Daniel & Ceresa, Nino
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Identification of optimization potentials using flexible multibody models with local damping information. Procedia CIRP, 99, 75-79.
Semm, Thomas; Fischer, Andreas & Zaeh, Michael F.
