Vorhersage der Prozess-Maschine-Wechselwirkungen bei Pendel- und Schnellhubschleifprozessen
Final Report Abstract
Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, ein Simulationsmodell zu entwickeln, mit dem die Prozess-Maschine-Wechselwirkungen beim Pendel- und Schnellhubschleifen abgebildet und das Prozessergebnis vorhergesagt werden kann. Dafür wurde zunächst ein verfahrbares flexibles Mehrkörpersimulationsmodell der Maschine aufgebaut, welches das dynamische Verhalten der Maschine, inklusive der Maschinensteuerung, abbildet. In ersten schleiftechnischen Untersuchungen wurden die auftretenden Kräfte beim Pendel- und Schnellhubschleifen untersucht. Dabei standen zunächst dynamische Effekte aufgrund des vermuteten Stoßes beim Einlaufen der Schleifscheibe in das Werkstück im Vordergrund. Dabei konnte ein sehr schneller Kraftanstieg im Bereich von Millisekunden ermittelt werden. Ein Überschwingen der Kraft konnte jedoch nicht beobachtet werden. Aus den gewonnen Daten wurde ein erstes Kraftmodell aufgebaut, welches über die Berechnung der geometrisch bestimmbaren Spanungslängschnittfläche und einem empirisch ermittelten Kraftübertragungsfaktor die wirkenden Kräfte in jedem Zeitschritt der Simulation berechnet. Durch die Kopplung mit dem aufgebauten Maschinenmodell ist es möglich, die Verlagerung der Schleifspindel und damit die Kontur der erzeugten Werkstückoberfläche in zeitdiskreten Schritten zu modellieren. In der zweiten Forschungsperiode wurde vorwiegend die Kraftmodellierung weiter entwickelt, um geänderte Prozessbedingungen durch verschiedene Schleifscheiben, eine geänderte Kühlschmierstoffzufuhr und unterschiedliche Werkstoffmaterialien systematisch darstellen und abbilden zu können. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen im zweiten Forschungszeitraum lag auf der Ermittlung der Krafteinwirkung und der Dämpfungseigenschaften des Kühlschmierstoffs und dessen Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis. Die Einflüsse des Kühlschmierstoffs in Abhängigkeit von der Zustellung ae, des Düsenwinkels α, der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit vs, der Kühlschmierstoffart, der Tischvorschubgeschwindigkeit vw, der Abrichtbedingungen und der Düsenart konnten ermittelt werden. Ein innovativer Versuchsaufbau konnte auch die Änderung des dynamischen Verhaltens aufzeigen. Quantifizierbare Abhängigkeiten konnten jedoch aufgrund großer Streuung der Messergebnisse nicht identifiziert werden. Der Einfluss verschiedener Werkstückwerkstoffe auf die Kräfte beim Pendel- und Schnellhubschleifen wurde ebenfalls untersucht und in das Modell integriert. Die geplante analytische Rückführung der entstehenden Schleifkräfte auf eine Korrelation mit Werkstoffkennwerten erwies sich als nicht zielführend. Daher wurde dieser Einfluss eine Anpassung der im Modell verwendeten Kraftübertragungsfaktoren durchgeführt. Während im ersten Forschungszeitraum galvanisch gebundene Schleifscheiben verwendet wurden, wurden im zweiten Forschungszeitraum abrichtbare Schleifscheiben, vorwiegend in keramischer Bindung, eingesetzt. Dabei konnten die für die Kraftmodellierung wichtigen Einflussfaktoren ermittelt werden.
Publications
- Machine – Grinding Wheel – Workpiece Interaction in Speed-Stroke Grinding. In: Proceedings of the 1st international Conference on Process Machine Interaction. Hannover, 2008, S. 259-266
Klocke, F.; Duscha, M.; Hoffmann, F.; Wegner, H.; Zeppenfeld, C.
- Prozess-Maschine- Wechselwirkung beim Schnellhubschleifen mit hochharten Schleifscheiben. Diamond Business. 3/2008. S.52 – 60
Klocke, F., Duscha M., Hoffmann F., Wegner H.
- Prozess-Maschine-Wechselwirkung beim Schnellhubschleifen mit hochharten Schleifscheiben. Diamond Business. 3/2008. S.52 – 60
Klocke, F., Duscha M., Hoffmann F., Wegner H.
- Gemeinschaftsveröffentlichung: Modeling and simulation of process machine interaction in grinding. In: Production Engineering – Research and Development, 2009, Nr. 3, S. 111-120
Aurich, J. C.; Biermann, D.; Blum, H.; Brecher C.; Carstensen, C.; Denkena, B.; Klocke, F.; Kröger, M.; Steinmann, P.; Weinert, K.
- Schleifmaschinen besser verstehen. Grinding in Motion - Sonderausgabe zum Schleifring Grinding Symposium 2009, Ausgabe 1/2009, S. 42-43
Zeppenfeld, C.
- Analyse der dynamischen Wechselwirkungen bei Pendel- und Schnellhubschleifprozessen. Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, Vol. 64, 2010, S. 53–65
Klocke, F.; Brecher, C.; Sitte, B.; Weiß, M.
- Influence of coolant and workpiece material properties on dynamic grinding forces in speed stroke grinding. Proceedings of the 2nd international Conference on Process Machine Interaction. Vancouver, 2010, G4
Weiß, M.; Klocke, F.; Wegner, H.
- Prozess-Maschine-Interaktion beim Schnellhubschleifen. wt Werkstattstechnik online, 2010, Jahrgang 100, S. 502-507
Weiß, M.; Klocke, F.; Wegner, H.
- Simulation ermöglicht die Vorhersage der Schleifqualität. Maschinenmarkt, 41/2010, S. 38–41
Klocke, F.; Weiß, M.
