Entwicklung und Untersuchung eines auf Spannungs- und Stromsignalen basierenden indirekten dynamischen Kraftmesssystems für die Zerspanungstechnik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497676155

Die Werkzeugbelastung ist im Schneidprozess einschließlich Fräsen entscheidend und die Überwachung der Prozesskraft liefert wertvolle Informationen über den Werkzeugzustand sowie den Zerspanungsprozess, selbst hinsichtlich der Oberflächenintegrität. Sie ermöglicht es uns den Prozess zu verstehen und zu optimieren, um die Produktivität und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Im Hinblick auf die Investitionskosten eines Dynamometers ist die indirekte Kraftmessung für eine industrielle Anwendung erwünscht. Obwohl viele existierende Methoden, die die Motorantriebsinformation verwenden, z.B. den Motorstrom, die langsame (statische) Änderung der Prozesskraft überwachen können, können sie deren schnelle (dynamische) Änderung nicht erfassen. Daher wird insbesondere für den dynamischen Fräsprozess eine Überwachungslösung der Prozesskraft mit einer breiten Messfrequenz-Bandbreite gewünscht, auf die sich dieses Projekt konzentriert. Hierfür nutzt dieses Projekt die Spannungs- und Stromsignale des Motorantriebs, da diese Signale mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit gemessen werden können. Um die dynamische Kraft indirekt zu messen, müssen zwei Charakteristika berücksichtigt werden, die die Messbandbreite der existierenden Methoden einschränken: die nichtlineare Reibung und das Übertragungsverhalten höherer Ordnung von der Prozesskraft an der Werkzeugspitze bis zum Motorstrom. Diese Charakteristika hängen von der mechanischen Struktur der Motorantriebe (direkt angetriebene und kugelgetriebene Achsen) ab. Dieses Projekt löst diese beiden Schwierigkeiten beider Antriebsarten, um das Prozessdrehmoment bzw. die Prozesskraft indirekt zu messen. Dabei soll jede Antriebsachse ihre eigene Messgenauigkeit und Bandbreite haben. Dann fusioniert dieses Projekt das Drehmoment und die Kräfte basierend auf der Online-Identifikation der Koeffizienten eines mechanistischen Kraftmodells, das eine Funktion der aktuellen Schnitt- (Eingriffs-) Bedingungen ist, so dass die gesamte Messleistung verbessert wird. In diesem Projekt soll nicht nur die Etablierung der Überwachungsmethodik, sondern auch eine Untersuchung der Messgenauigkeit unter verschiedenen Schnittbedingungen behandelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen