Geometrisch-physikalische Simulation der Prozessdynamik für das fünfachsige Fräsen von Freiformflächen

Surmann, T.

Beim Fräsen von Freiformflächen wird die resultierende Oberflächenqualität nicht nur durch den gewählten Zahnvorschub und Spindeldrehzahl beeinflusst, sondern auch maßgeblich vom Schwingungsverhalten des Werkzeugs. Weiterhin wirken sich Werkzeugschwingungen negativ auf den Verschleiß der Schneiden und der Spindellager aus. Für eine sichere, zuverlässige und genaue Prozessführung sollten starke Werkzeugschwingungen daher möglichst vermieden werden.

Diese Arbeit präsentiert ein Simulationssystem, welches das Schwingungsverhalten des Fräswerkzeugs entlang beliebiger NC-Programme für die Bearbeitung von Freiformflächen berechnen kann. Da für diesen Zweck der Zerspankraftverlauf sehr genau modelliert werden muss, wurde eine syntaktische Modellierung der auftretenden Spanungsformen (Constructive Solid Geometry, CSG) gewählt, wodurch die Spanungsdicke und damit die Zerspankraft zu jedem Zeitpunkt und für jeden Punkt auf der Schneide genau angegeben werden kann. Weiterhin kann eine Werkzeugdeformation direkt und das ohne Zeitverlust in das geometrische Modell der Spanungsform rückgeführt werden. Hiermit und durch den Einsatz eines Oszillatormodells als Ersatzmodell für das schwingende Werkzeug lassen sich regenerative Schwankungen der Spanungsdicke simulieren und die zu erwartende Oberflächenqualität bei gegebenen Prozessparametern vorhersagen. Hierfür wird ein geometrischer Modellierungsansatz präsentiert, der realistische Oberflächenstrukturen erzeugt. Schließlich wird das System anhand experimenteller Ergebnisse verifiziert, wobei sich eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Realität zeigt.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2006, ISBN 3-8027-8733-1, 978-3-8027-8733-1