Intelligente Verschleißadaption bei der Fräsbearbeitung – iWearAdapt

Die Produktivität von Fräsprozessen wird maßgeblich durch das erreichbare Zeitspanvolumen begrenzt. Entscheidend ist dabei die Stabilität des Gesamtsystems aus Maschine, Werkzeughalter und Werkzeug. Wird die Stabilitätsgrenze des Systems überschritten, kommt es zu selbsterregten Schwingungen, dem sogenannten „Rattern“, die Werkzeuge und Maschinen stark belasten und beschädigen können. Für eine optimale Produktivität muss möglichst nahe an der Stabilitätsgrenze gefertigt werden. Daher ist eine genaue Kenntnis der Stabilitätsgrenze erforderlich. Stabilitätskarten, die drehzahlabhängige lokale Produktivitätsmaxima aufzeigen, werden dafür empirisch ermittelt. Werkzeugverschleiß verändert jedoch im Laufe der Standzeit kontinuierlich die Geometrie der Schneidkante. Der sich dadurch verändernde Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück führt zu einer deutlichen Erhöhung der Prozessdämpfung. Dieser Effekt wird in Stabilitätskarten bisher nicht berücksichtigt, sodass das Potenzial zur Produktivitätssteigerung weitgehend ungenutzt bleibt.

Zielsetzung

Ziel von iWearAdapt ist es, eine neue Methode zu entwickeln, die die verschleißbedingte Veränderung der Prozessdämpfung während des Fräsens erfasst, Stabilitätskarten über die gesamte Werkzeugstandzeit kontinuierlich aktualisiert und daraus optimale Prozessstellgrößen ableitet. Auf dieser Basis werden schließlich die Prozessstellgrößen vollständig automatisch und in Echtzeit adaptiert. So soll das Stabilitätsverhalten prozessparallel vorhergesagt und die Produktivität über die gesamte Werkzeuglebensdauer maximiert werden.

Vorteile

• Sicherheit – Schutz vor Rattern
• Produktivität – Steigerung des Zeitspanvolumens
• Nachhaltigkeit – Verringerung des Ressourceneinsatzes

Vorgehen

Im Zuge des Projekts entwickelt das IFW zunächst ein Verfahren zur prozessparallelen Erfassung selbsterregter Schwingungen und des Werkzeugverschleißes. Anschließend werden experimentelle Versuchsreihen und Prozesssimulationen durchgeführt, um einen Datensatz für die Entwicklung eines Stabilitätskartengenerators aufzubauen. Dabei werden analytische Modelle mit datengetriebenen Ansätzen des maschinellen Lernens kombiniert. Auf Basis der generierten Stabilitätskarten werden schließlich die optimalen Prozessstellgrößen ermittelt und genutzt, um Fräsprozesse vollständig automatisch zu adaptieren.

Das IGF-Vorhaben Intelligente Verschleißadaption bei der Fräsbearbeitung – iWearAdapt des VDW-Forschungsinstituts wird über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des Programms zur Förderung Industrieller Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Beteiligte Unternehmen:

Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG

DMG Mori AG

Gühring KG

Katulu GmbH

Lorenz Hoffmann GmbH

meyer + münster GmbH

ModuleWorks GmbH

Montronix GmbH

planlauf GmbH

PRÄWEST PRÄZISIONSWERKSTÄTTEN Dr.-Ing. Heinz-Rudolf Jung GmbH & Co. KG

Seco Tools GmbH

Synop Systems UG

Tetralytix GmbH

Walter AG

WOLF Werkzeugtechnologie GmbH

Interessieren Sie sich auch für Forschung zum Schwingungsverhalten von Maschinen oder die Überwachung und Optimierung von Prozessen?

Kontaktieren Sie Maximilian Krüger per E-Mail an krueger@ifw.uni-hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18068.