Simulation des NC-Formschleifprozesses mit unterschiedlichen CBN-Schleifscheibenformen

Scheidler, A. V.

Das Schleifen ist meistens der letzte Bearbeitungsschritt im Fertigungsprozess von Werkstücken. Deshalb ist es wichtig, Prozessparameter zu verwenden, mit denen Werkstückschädigungen vermieden werden. Das NC-Formschleifen mit CBN-Schleifscheiben kann freigeformte Werkstückoberflächen je nach Schleifscheibenkontur herstellen. In der Praxis kann die geforderte Werkstückqualität hinsichtlich der Oberflächengüte, der Maß- und Formtoleranz nicht immer erreicht werden. Diese Abweichungen werden durch Prozess-Maschinen-Interaktionen beeinflusst. Entsprechend ist eine Simulation zu erstellen, die die Einflüsse auf die Werkstückqualität darstellt und die NC-Datensätze an die Bearbeitungsaufgabe anpasst, so dass keine Werkstückschädigungen, Maß- und Formabweichungen auftreten. Zur Überprüfung der Übertragbarkeit der Simulation kommen verschiedene Verfahren und Werkstoffe zum Einsatz. Im ersten Teil dieser Arbeit liegt der Fokus auf den experimentellen Untersuchungen. Hierbei werden die thermomechanischen Belastungen, die Kühlschmierstoffversorgung, die Parametergrenzen und die Positioniergenauigkeit der Maschine bestimmt. Die Untersuchungen dieser Einflussgrößen erfolgen mit verschiedenen Prozessparametern, mit einer Torus-, einer Zylinder- und einer Kegelschleifscheibe und mit den Werkstoffen X210Cr12 und Carbidur 853 für unterschiedliche Werkstückoberflächen. Zur Ermittlung der thermomechanischen Belastungen werden die Kräfte und Temperaturen ermittelt. Dabei kommen Thermoelemente und eine Thermographiekamera zum Einsatz. Da die Wärmeentwicklung in der Kontaktzone einen großen Einfluss auf die Kühlschmierstoffversorgung hat, muss die Kühlschmierstoffversorgung zunächst optimiert und reproduzierbar eingestellt werden. Anschließend erfolgt die Ermittlung der Temperaturen in unterschiedlichen Entfernungen zur Kontaktfläche, um den Wärmegradienten im Werkstück zu bestimmen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Implementierung der experimentellen Erkenntnisse in ein bestehendes Simulationskonzept beschrieben. Dieses besteht aus einer geometrisch-kinematischen Simulation und einer Finite-Elemente-(FE-) Simulation. Die geometrisch-kinematische Simulation stellt in Abhängigkeit von Werkzeugprofil und Form die idealen Kontaktbedingungen zwischen Schleifscheibe und Werkstück, Prozessparameter und Prozessstrategie dar. In dieser Simulation ist ein Kraftmodell implementiert, das die globalen Kräfte an der Schleifscheibe berechnet und mit einer FE-Simulation gekoppelt ist. Die FE-Simulation bestimmt die Deformationen und Schwingungen der Maschinenstruktur, die Reibung und die Temperaturen im Gesamtsystem. Aufbauend auf diesem Simulationskonzept erfolgt eine Bahnoptimierung, die die Prozessparametergrenzen und die Positioniergenauigkeit der Maschine berücksichtigt.

Veröffentlicht als

Dissertation, Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2012, ISBN 978-3-8027-8768-3