Simulation und Optimierung der doppelspindligen Fräsbearbeitung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Doppelspindlige Bearbeitungszentren werden zunehmend in der Industrie zur Produktivitätssteigerung eingesetzt. Solche Maschinenkonfigurationen sind zusätzlichen Wechselwirkungen zwischen den Spindeln unterworfen, die eine theoretisch mögliche Verdoppelung der Produktivität im Vergleich zu einem Einspindler nicht zu lassen. Dem Antragsteller waren vor Projektbeginn keine Ansätze zur Simulation von doppelspindligen Fräsprozessen bekannt, die eine Prozessoptimierung ermöglichen. Daher war das Ziel des Forschungsvorhabens die Modellierung der Interaktionen zwischen Maschine und Zerspanprozess bei der doppelspindligen Fräsbearbeitung (erste Projektphase), sowie die Untersuchung von maschinen- und prozessseitigen Einflüssen auf die Stabilität der doppelspindligen Prozesse (zweite Projektphase). Die in der ersten Projektphase aufgebauten und verifizierten Modelle ermöglichen eine ganzheitliche Simulation von doppelspindligen Fräsprozessen. Zum Einen ist ein Mehrkörpermodell zur Untersuchung des dynamischen Strukturverhaltens eines Doppelspindlers und zum Anderen ein zeitbasiertes Modell zur Stabilitätssimulation von doppelspindligen Fräsprozessen aufgebaut worden. Das Mehrkörpersimulationsmodell (MKS-Modell) lässt die rechnerische Ermittlung des dynamischen Maschinenverhaltens sowohl mittels konventioneller, einfacher Kraftanregung als auch mittels realitätsnaher, doppelter Kraftanregung an beiden Spindeln zu. Das MKS- Modell ist anhand der Ergebnisse der konventionellen messtechnischen Untersuchung eines Doppelspindlers parametriert worden, sodass die realen und berechneten Nachgiebigkeitsfrequenzgänge gut übereinstimmen. Das Stabilitätssimulationsmodell bildet die Wechselwirkungen zwischen Maschine und Prozess ab und erlaubt eine Untersuchung des Stabilitätsverhaltens anhand des berechneten oder gemessenen dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens der Maschine bei vorgegebenen Prozessparametern. Das zeitbasierte Stabilitätssimulationsmodell der doppelspindligen Fräsbearbeitung ist mittels Bearbeitungstests verifiziert worden. Die berechneten Stabilitätskarten zeigen eine gute Übereinstimmung mit dem realen Stabilitätsverhalten der Maschine. Mit Hilfe des zeitdiskreten Simulationsmodells konnten zusätzlich zur Berechnung von Stabilitätskarten der ein- und doppelspindligen Bearbeitung mit gleicher Schneideneingriffstaktung die doppelspindlerspezifischen Einflüsse auf die Prozessstabilität simulativ untersucht werden. Der relative Winkelversatz zwischen äquivalenten Schneiden beider Werkzeuge, unterschiedliche Drehzahlen sowie eine aktive Drehzahlvariation zeigen einen beachtlichen Einfluss auf die Prozessstabilität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dynamisches Verhalten von doppelspindligen Fräsmaschinen. In: VDI-Z Integrierte Produktion 152 (2010), 7-8, ISSN 0042-1766, S. 20-23
Brecher, C.; Klein, W.; Trofimov, Y.
- Modellierung der doppelspindligen Fräsbearbeitung. In: ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 105 (2010), 7-8, ISSN 0947-0085, S. 643-648
Brecher, C.; Klein, W.; Trofimov, Y.
- Modelling and Simulation of Parallel Milling. Veranstaltung: "8th International Conference on High Speed Machining". Metz, Frankreich, 08.-10. Dezember 2010
Brecher, C.; Trofimov, Y.; Klein, W.
- Holistic modelling of process machine interactions in parallel milling. In: CIRP Annals - Manufacturing Technology 60 (2011), 1, ISSN 0007-8506, S. 387-390
Brecher, C.; Trofimov, Y.; Bäumler, S.
- Praktische Optimierung doppelspindliger Fräsprozesse mit wissenschaftlichen Ansätzen. In: wt Werkstatttechnik online 101 (2011), 5, ISSN 1436-4980, S. 293-297
Brecher, C.; Trofimov, Y.; Bäumler, S.
- Simulation und Optimierung der doppelspindligen Fräsbearbeitung. In: ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb Jahrgang 108 (2013), 7-8, S. 509-513
Brecher, C.; Epple, A.; Bäumler, S.; Trofimov, Y.
