Berücksichtigung veränderlicher Prozessbedingungen bei der Kompensation thermischer Verformungen an spanenden Werkzeugmaschinen

Laufzeit:	04/2007 – 03/2009
Finanzierung:	DFG
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Günter Jungnickel

Zielstellung

Die Nutzleistung einer Werkzeugmaschine wird im Fertigungsprozess in Wärme umgesetzt. Der Prozess stellt im System Werkzeugmaschine-Werkzeug-Werkstück die größte Wärmequelle dar. Die Prozesswärme und die Fertigungsbedingungen beeinflussen damit wesentlich das thermische Verhalten der Werkzeugmaschine. Bei der Simulation des thermischen Verhaltens konnten diese Bedingungen bisher nur ungenügend berücksichtigt werden. Das betrifft insbesondere die Aufteilung der Zerspanungsleistung auf Werkzeug, Werkstück und Späne, siehe Bild, den Späne- und Kühlmitteleinfluss sowie den Einfluss der geometrischen Bedingungen von Werkzeug und Werkstück. Dieser Mangel führt insbesondere bei der Kompensation von thermischen Verformungen an Werkzeugmaschinen mittels strukturbasierter Modelle zu unzulässigen Restfehlern. Ziel des Projektes ist, die Zerspanungs- und Prozessbedingungen als aussagefähige thermische Randbedingungen zu beschreiben, um damit den Fertigungsprozess bei der thermischen Simulation spanender Werkzeugmaschinen darstellen und die Prozesseinflüsse an der Maschine kompensieren zu können.

Lösungsweg

Diese thermischen Randbedingungen werden in Form detaillierter Verhaltensmodelle der Wärmeübertragung simuliert; sie lassen sich damit effektiv für weite Parameterbereiche untersuchen. Über Modellreduktionen und eine regressive Auswertung der Simulationsergebnisse werden parameterabhängige thermische Modellobjekte für den Zerspanungsvorgang und die damit zusammenhängenden Prozessbedingungen formuliert. Damit lassen sich zustandsaktuell die veränderlichen Prozessbedingungen bei der Kompensation der thermischen Verformungen an Werkzeugmaschinen berücksichtigen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes wurden veröffentlicht unter:
Großmann, K.; Jungnickel, G.: Thermische Modellierung von Prozesseinflüssen an spanenden Werkzeugmaschinen. Schriftenreihe des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen der TU Dresden 2008.

Damit besteht die Möglichkeit, die veränderlichen Prozessbedingungen bei der Kompensation der thermischen Verformungen an Werkzeugmaschinen zustandsaktuell zu berücksichtigen. In einem Folgeprojekt sollen die Aussagen versuchstechnisch überprüft und erweitert werden.