Simulationsbasierte Optimierung von Drehprozessen
Die Leistungsfähigkeit einer Werkzeugmaschine wird durch ihre Produktivität und der Einhaltung von Form- und Fertigungstoleranzen definiert. Diese Qualitätsindikatoren werden maßgeblich durch das dynamische Verhalten der Maschinenstruktur definiert. Die Untersuchung des Stabilitätsverhaltens ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil bei der Entwicklung und Konstruktion. Eine Überprüfung der Form- und Maßhaltigkeit ist mit den aktuell verfügbaren Simulationswerkzeugen sehr beschränkt möglich, da sie sehr stark von den wechselseitigen Einflüssen zwischen Maschinenstruktur und Fertigungsprozess abhängen.
Mit einer detaillierten simulationsbasierten Vorhersage dieser Interaktionen ist es möglich den Prozess zu optimieren. Das Ziel des Projektes "Parametrische Modellierung, Prognose und Optimierung von Prozess-Struktur Wechselwirkungen mit Hilfe von Mehrkörpermodellen und Implicit Filtering" ist es, eine existierende Drehmaschine mit Hilfe der Mehrkörpersimulation abzubilden und den Drehprozess unter Berücksichtigung der Maschinendynamik zu optimieren. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München und wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1180 gefördert.
Die klassische Mehrkörpersimulation modelliert zeitlich unveränderliche Objekte. Die Aufgabenstellung erfordert es die zeitveränderliche Kontur des Werkstückes abzubilden. Desweiteren muss ein Zerspankraftmodell so implementiert werden, dass eine Trennung von Werkstück und Werkzeug während der Bearbeitung möglich ist. Dazu wurde ein einseitiger Kontakt um ein vom Projektpartner entwickeltes Zerspankraftmodell erweitert. Dieses Schnittmodell wird mit Schnittkraftversuchen validiert.
Auf Basis des entwickelten Simulationsmodells wird ein Prozessablauf optimiert. Für eine Bewertung der Prozessführung muss die theoretische Produktivität und Qualität aus den Simulationsergebnisse ermittelt werden. Dazu werden in einem Postprozess die in der Fertigungstechnik üblichen Bewertungsfaktoren wie Zeitspanvolumen, Rauheit, Formabweichung, usw. aus den Simulationsergebnissen ermittelt. Mit diesen und der Werkzeugbelastung kann eine Bewertung des Zerspanprozesses erfolgen. Der Optimierungsalgorithmus kann die optimalen Schnittparameter für den spezifizierten Prozess ermitteln. Dieser wird im Anschluß an der Maschine verifiziert.