Automatische Optimierung der Phasenverschiebung beim Planumfangsschleifen im Pendelschliff zur Reduktion von Werkstückwelligkeit und Musterbildung
Final Report Abstract
Insbesondere bei Feinbearbeitungsverfahren wie dem Flachschleifen sind Abweichungen vom Soll-Ergebnis auf Grund der Tatsache, dass sie oftmals den finalen Arbeitsschritt zur Fertigung eines Bauteils darstellen, in ökonomischer Hinsicht sehr problematisch, da sie in Nacharbeit oder Ausschuss münden. Schleiffehler als Abweichung von einem qualitäts- und anforderungsgerechten Arbeitsergebnis werden nach der VDI-Richtlinie 3393 in geometrische und physikalisch-chemische Schleiffehler unterteilt [VDI99]. Ein Teil der geometrischen Schleiffehler, vor allem Form-, Welligkeitsfehler, Rattermarken bzw. Facetten und Vorschubspuren sowie die optische Wirkung der bearbeiteten Oberfläche ist hierbei abhängig von der Gestalt des verwendeten Werkzeuges. Besonders eine stets verbleibende Restunwucht der Schleifscheibe, die bei Nenndrehzahl in einen dynamischen Schlag des Werkzeuges resultiert, sowie eine über den Umfang der Schleifscheibe variierende Schnittfähigkeit wirken sich direkt auf die Oberfläche flachgeschliffener Bauteile aus. Zudem wird hierdurch auch das dynamische Prozessverhalten in hohem Maße beeinflusst. Für das Rundschleifen existieren seit Jahrzehnten Ansätze, die dieser Problemstellung mithilfe einer gezielten Anpassung von werkzeug- und werkstückseitiger Rotationsperiode begegnen [Alld94, Folk93, Foth89, Inas01, Kali67, Trma01, Varg70]. Bei Planschleifprozessen hingegen findet diese Größe bisher nur bedingt Berücksichtigung [Inas69, Lutz93, Wein04]. Für den Fall, dass die radiale Zustellung bei diesen Prozessen im Bereich des dynamischen Schlages des Werkzeuges liegt, d. h. insbesondere beim Ausfeuern, interferieren die im vorherigen und im momentanen Überschliff erzeugten Oberflächen. Über eine Abstimmung der Rotationsperioden ist neben der Einstellung der Form und des Welligkeitsprofils der Bauteile auch eine Beeinflussung des dynamischen Prozessverhaltens möglich. Bei Flachschleifprozessen hingegen ist bisher davon ausgegangen worden, dass die Phasenverschiebung zwischen werkstück- und werkzeugseitiger Bewegungsperiode keine ausreichende Konstanz aufweist bzw. sich weitgehend zufällig einstellt [Shim77]. Dies liegt insbesondere in der Tatsache begründet, dass der Unterschied der beiden Periodenlängen deutlich größer ausfällt als bei Rundschleifprozessen, was dazu führt, dass eine prozentuale Abweichung der längeren Periode in einer deutlich höheren prozentualen Abweichung der kürzeren Periode resultiert, woraus sich eine große Varianz der Phasenverschiebung ergibt. Insbesondere durch die stetig steigende Rechengeschwindigkeit heutiger Maschinensteuerungen ist es aber möglich, dass sich ein über längere Zeit äußerst konstantes Verhältnis dieser beiden Perioden ausbildet. Die Phasenverschiebung dieser Perioden besitzt auch im Falle des Flachschleifens einen erheblichen Einfluss sowohl auf das dynamische Prozessverhalten als auch auf das Arbeitsergebnis in Form der Bauteilwelligkeit und Musterbildung. Wie in diesem Projekt gezeigt werden konnte, ist die Phasenverschiebung auch für das Flachschleifen hochgenau einstellbar. Die erreichbare Genauigkeit der Phasenverschiebungseinstellung eröffnet aus wissenschaftlicher Sicht neue Möglichkeiten für eine gezielte Orientierung der Schleifscheibe relativ zur makroskopischen Werkstücktopographie. Hierdurch wäre es denkbar, eine Interferenz zwischen Werkstück und Werkzeug zu modellieren und hinsichtlich weiterer Auswirkungen auf das dynamische Prozessverhalten systematisch zu untersuchen. Dabei könnten die Makrogestalt und die Topographie des Werkzeuges verstärkt Berücksichtigung finden. Hinsichtlich einer möglichen Übertragbarkeit in die Praxis ist ebenfalls auf die äußerst hohe zeitliche Konstanz der Phasenverschiebung hinzuweisen. Bereits marginale Änderungen im Prozess, zum Beispiel eine Änderung der Hubumkehrpunkte oder die automatische Anpassung der Schleifscheibendrehzahl für eine konstante Schnittgeschwindigkeit, können zu einer hinsichtlich des Bearbeitungsergebnisses ungünstigen Phasenverschiebung führen. Dabei ist nicht davon auszugehen, dass der Einfluss der Phasenverschiebung bei der Ursachensuche nach dieser Prozessstörung in der Praxis ausreichend Berücksichtigung erfährt. Es ist jedoch mit relativ geringem messtechnischem Aufwand möglich, die beiden zeitlichen Perioden zu erfassen. Eine geringfügige Änderung der Prozesswerte kann hierbei wieder zu unkritischen Phasenverschiebungen führen, ohne dass es einer hochgenauen Drehzahlsteuerung bedarf, wie sie in diesem Projekt zum Einsatz kam.
Publications
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Welligkeit beim Flachschleifen reduzieren. VDI-Z Integrierte Produktion 151 (2009) 9, S. 91–93
Biermann, D.; Feldhoff, M.
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GRINDTEC 2010 – FORUM, Welligkeit und Musterbildung beim Flachschleifen beeinflussen. 19. März 2010, Augsburg
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Influence of a controlled tool orientation on pattern formation and waviness in surface grinding. Production Engineering – Research and Development 4 (2010)
Biermann, D.; Feldhoff, M.
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Rundlauf und Unwucht beim Flachschleifen. Einfluss der Phasenverschiebung auf die Oberfläche und die Prozessdynamik. ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 105 (2010) 5, S. 459–463
Biermann, D.; Feldhoff, M.
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Welligkeit und Musterbildung beim Flachschleifen gezielt beeinflussen. dihw Diamant Hochleistungswerkzeuge 1 (2010) 2, S. 44– 47
Biermann, D.; Feldhoff, M.
