Entwicklung eines onlinefähigen Warnsystems vor Prozessinstabilitäten auf Basis prozessparallel berechneter Stabilitätsgrenzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467600151

Im Rahmen des DFG Transferantrags soll ein industriell anwendbares, onlinefähiges Frühwarnsystem vor Prozessinstabilitäten aufgrund von regenerativen Ratterschwingungen umgesetzt werden. Die Stabilitätsgrenzen werden prozessparallel innerhalb einer bedarfsgerechten Simulation ermittelt, die auf Basis der aktuellen Prozessparameter eine Aussage auf der Maschinensteuerung bereitstellt, ob der laufende Prozess stabil bzw. instabil ist.Die zentrale Problematik einer effizienten Abbildung der veränderlichen Dynamik des Maschine-Werkzeug-Werkstoff-Systems wird durch neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Substrukturkopplung gelöst. Ein einmalig eingemessenes Modell der Werkzeugmaschine wird mit analytischen Werkzeugmodellen gekoppelt, um die experimentellen Messaufwände auf ein Minimum zu reduzieren. Neben der Maschinendynamik ist die Kenntnis über die Schnittsteifigkeiten des Werkstoffs für die Berechnung der Stabilitätsgrenzen erforderlich. Um aufwendige Zerspanversuche zu vermeiden, werden die Schnittsteifigkeiten prozessparallel auf der Grundlage echtzeitfähig gemessener Prozesskräfte bestimmt. Dazu wird zusätzliche Sensorik in die Spindel integriert. Das Frühwarnsystem stellt eine online Funktionalität bereit, die während einer Bearbeitung vor potentiellen Prozessinstabilitäten im weiteren Bearbeitungsverlauf warnt. Die Bewertungsgrundlage basiert auf Daten, die prozessparallel aufgezeichnet werden. Anhand der Warnung kann das Auftreten von Prozessinstabilitäten durch einen Eingriff des Bedieners verhindert werden. Aufgrund desWarnsystems ist es möglich den Prozess nahe der Stabilitätsgrenzen auszulegen, was die Produktivität steigert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: CHIRON Group SE