Konzept zur Online-Adaption von Simulationsparametern an Sensordaten mithilfe empirischer Modelle

Finkeldey, F.1, a; Hess, S.1, b; Wiederkehr, P.1, c

1)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund

a) finkeldey@isf.de; b) hess@isf.de; c) wiederkehr@isf.de

Kurzfassung

Im Werkzeug- und Formenbau ist das Fräsen ein essenzieller Bestandteil der Bearbeitungskette. Die durchzuführenden Fräsprozesse zeichnen sich durch lange Bearbeitungszeiten mit unterschiedlichen Eingriffssituationen aus. Die inhomogene thermomechanische Belastung der Schneide begünstigt die Entstehung von Werkzeugverschleiß. Dies hat eine kontinuierliche Änderung des Werkzeugzustandes, welcher von der aktuellen Bearbeitungszeit abhängig ist, zur Folge. Die durch Werkzeugverschleiß hervorgerufenen Effekte und Änderungen der Prozesseigenschaften können als stochastische Einflussfaktoren dargestellt werden, welche die Güte des bearbeiteten Werkstücks negativ beeinflussen können. Existierende Untersuchungen im Kontext der Fräsprozessüberwachung haben gezeigt, dass sich Verschleißeffekte durch veränderte Kraftverläufe abbilden lassen. Dabei wurden die Parameter des verwendeten Kraftmodells in Echtzeit analysiert. Außerdem konnte eine gute Korrelation zwischen den gemessenen Werkzeugschwingungen im Zeit- und Frequenzbereich und dem an der Werkzeugschneide beobachteten Verschleiß identifiziert werden. Um auftretende Prozessgrößen wie z. B. Prozesskräfte oder Werkzeugschwingungen vorherzusagen und kritische Eingriffsbedingungen zu verhindern, können Simulationssysteme eingesetzt werden. Dazu kann die Finite- Elemente-Methode (FEM), die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) oder ein analytisches Modell verwendet werden. Das im Kontext der in diesem Artikel vorgestellten Methodik verwendete geometrischphysikalische Simulationssystem wird im folgenden Abschnitt 2 vorgestellt. Treten während des Prozesses verschleißbedinge Änderungen im Kraftniveau oder in der Werkzeugauslenkung auf, sind die vorhergesagten Daten der Simulation nicht mehr valide, da ein idealisiertes Modell verwendet wird, um das Werkzeug innerhalb des Simulationssystems abzubilden. Daher ist eine Online-Anpassung der Simulation zwingend erforderlich. Da das Simulationssystem jedoch nicht echtzeitfähig ist, werden empirische Ersatzmodelle benötigt, deren Konzepte in Abschnitt 3 vorgestellt werden. Die Vorgehensweise zur Online-Anpassung der Simulation wird in Abschnitt 4 erläutert. In Abschnitt 5 wird schließlich das Konzept zur Online-Adaption der Simulationsparameter an die Sensordaten durch empirische Modelle vorgestellt. Der Artikel schließt mit einer Zusammenfassung und gibt einen Ausblick auf weitere Untersuchungen.

Veröffentlichung

In: Spanende Fertigung, 7. Ausgabe, Biermann, D. (Hrsg.), Vulkan Verlag, Essen, 2017, ISBN 978-3-8027-2989-8 (print), 978-3-8027-3052-8 (ebook), S. 462-471