Modellbasierte prädiktive Kraftregelung für das mehrachsige Schruppfräsen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Dr.-Ing. Sebastian Stemmler, seit 10/2024
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450794086

Die Kraft ist die wichtigste Prozessgröße beim Fräsen, da sie Produktivität (über den Vorschub), Qualität (über die Abdrängung des Werkzeugs) und die Prozesssicherheit (hinsichtlich Werkzeugbruch) bestimmt. Eine Modellprädiktive Regelung (MPR) bestimmt mit Hilfe eines Prozess- und Maschinenmodells das zukünftige Maschinenverhalten für einen kurzen Zeitraum und regelt dieses entsprechend. Sie ermöglicht eine sichere, überschwingungsfreie, optimale Kontrolle an der technologischen Grenze des Prozesses. Ein solches System wurde prototypisch für den zweiachsigen Fräsprozess entwickelt. In diesem Vorhaben soll nun eine Regelung für das mehrachsige Fräsen entwickelt und systematisch untersucht werden. Dazu muss das Messsignal einer Kraftmessplattform während des Prozesses korrigiert werden, z.B. um ihre Trägheit und die Änderung der Masse des Bauteils. Die Unsicherheiten, die bei dieser Kompensation eingebracht werden, werden über eine kontinuierliche Kalibrierung („Identifikation“) des Prozessmodells abgefangen und anschließend in einer MPR berücksichtigt. Diese regelt den Vorschub entlang des Werkzeugweges. Das Verhalten der Maschinen variiert jedoch entlang dieses Weges, da unterschiedliche Maschinenachsen an der Teilbewegung beteiligt sind – insbesondere beim mehrachsigen Fräsen. Dieses nichtlineare Verhalten muss in der Regelung ebenfalls berücksichtigt werden. Ziel des Vorhabens ist es, eine Kraftregelung für das mehrachsige Schruppfräsen zu entwickeln und zu erforschen. Es wird angenommen, dass der mehrachsige Fräsprozess an einer beliebigen Referenz der Kraft geführt werden kann, ohne diese zu überschreiten – unabhängig vom Zustand des Werkzeugs. Das System wird mit einem in Forschung der Zerspanung bereits etablierten Regelungsverfahren getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Heike Vallery
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Abel, bis 9/2024