Bedarfsgerechte Erweiterung von Werkzeugmaschinen zur Steigerung der Arbeitsgenauigkeit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515938129

Die Flexibilität von Fertigungsprozessen lässt sich durch den Einsatz rekonfigurierbarer Fertigungssysteme steigern. Modular aufgebaute Werkzeugmaschinen erfüllen die Anforderung der bedarfs-gerechten Rekonfiguration, weisen allerdings infolge einer erhöhten Anzahl an Kontaktstellen eine geringere Struktursteifigkeit auf. Daraus lässt sich die Notwendigkeit einer bedarfsgerecht einsetzbaren Genauigkeitssteigerung ableiten. Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher die Erweiterung von Werkzeugmaschinen um eine universell einsetzbare Kompensationseinheit mit einer inhärenten Kraftmessung zur Onlinekompensation von prozesskraftbedingten Verlagerungen am Tool-Center-Point. Derzeitige Forschungsansätze sind auf einzelne Werkzeugmaschinen zugeschnitten und dadurch nicht universell einsetzbar. Daraus lässt sich ein Forschungsbedarf hinsichtlich eines Erkenntnisgewinns über bedarfsgerecht einsetzbare und auf unterschiedliche Werkzeugmaschinen anwendbare Kompensationskonzepte ableiten. Der Fokus des Forschungs-projektes liegt auf der Untersuchung einer Kompensationseinheit, die mit möglichst geringem manuellen Konfigurationsaufwand ausgerüstet werden kann. Dazu wird zunächst die Kraftschätzung von piezoelektrischen Aktoren mittels der Methode des Self-Sensings untersucht. Dies hat zum Ziel eine Messung der anliegenden Prozesskräfte ohne den Einsatz externer Sensorik zu ermöglichen. Anschließend erfolgen Untersuchungen von echtzeitfähigen Modellen zur Vorhersage der Verlagerungen von Werkzeugmaschinen am Tool-Center-Point, welche die Prozesskräfte als Eingangsgröße verwenden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden zu einer Kompensationseinheit zur Onlinekompensation von prozesskraftbedingten Verlagerungen an Werkzeugmaschinen zusammengeführt. Die in dem Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse tragen maßgeblich dazu bei, die Arbeitsgenauigkeit von flexiblen Werkzeugmaschinen zu steigern. Diese wird mithilfe der Fertigung und Vermessung von Testbauteilen quantifiziert und somit der Erfolg des Forschungsvorhabens nachgewiesen. In der zweiten Förderperiode wird der Einsatz der Kompensationseinheit als Messmittel für eine automatisierte Vermessung der Steifigkeit von Werkzeugmaschinen am Tool-Center-Point fokussiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen