Prozessstabilität beim Schleifen mit Ultraschall verbessern

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Wechselwirkung zwischen Vorschub und Drehzahl ist kompliziert

Die mit der statistischen Versuchsplanung erstellten Versuchsreihen wurden auf dem Sauer-Ultraschallbearbeitungszentrum Ultrasonic 35 (Bild 3) bearbeitet. Bei dieser Maschine handelt es sich um eine Fünf-Achs-Fräsmaschine; dabei sind drei der fünf Achsen CNC-gesteuert. Das Werkzeug kann mit Ultraschall angeregt werden.

Die Ultrasonic 35 wurde im November 2004 im Labor Optical Engineering an der Hochschule Deggendorf aufgestellt. Im Januar 2008 wurde die Maschine mit der aktuellen Spindeltechnologie (USB 40) von Sauer nachgerüstet (Bild 4). Die dort bearbeiteten Proben bestehen aus Borosilikatglas N-BK7. Als Einflussgrößen wurden Vorschub, Drehzahl und Ultraschallintensität untersucht.

Damit war die Voraussetzung für den zweiten Teil des Seminars gegeben, der dann an einem Tag durchgeführt wurde. Ziel des zweiten Teils war zum einen die Wiederholung und Vertiefung des im ersten Seminarteil Gezeigten, zum anderen aber die Besprechung und Auswertung des Teilnehmer-Experiments im Themenkomplex „Schleifen optischer Materialien“.

Ergebnisse auf zwei Arten ausgewertet

Die Auswertung der Ergebnisse wurde auf zwei Weisen durchgeführt: Zum einen wurden einfach nachvollziehbare Excel-Graphiken herangezogen, um die Wirkung der sogenannten Haupteffekte zu demonstrieren (Bild 5), zum anderen wurde mit dem speziell in der Six-Sigma-Welt sehr weit verbreiteten Softwarepaket Minitab 15 die gründliche, statistisch fundierte Auswertung durchgeführt (Bild 6).

Dabei zeigte sich, dass auch für die anwesenden Experten unerwartete Effekte in Form sogenannter „Wechselwirkungen“ auftraten. Insbesondere lassen die Hauptwirkungen zunächst darauf schließen, dass es einen einfachen Zusammenhang zwischen Mittenrauwert und Vorschub gibt (Bild 5); aus den Wechselwirkungsdiagrammen (Bild 6) ist allerdings ersichtlich, dass eine komplizierte Wechselwirkung der Parameter Vorschub und Drehzahl existiert.

Der zu erwartende Mittenrauwert lässt sich vorhersagen

Um diese Effekte genauer zu untersuchen, wurde eine weitere Stärke der statistischen Versuchsplanung herangezogen: der im Prinzip modulare Aufbau, der eine vergleichsweise einfache Erweiterung des vorher festgelegten Parameterraums zulässt. Liegt beispielsweise das Prozessoptimum außerhalb des untersuchten Parameterraums, so lassen sich die Richtung der Parameteränderungen und sogar der zu erwartende Mittenrauwert vorhersagen. Diese Arbeiten werden derzeit an der Fachhochschule durchgeführt.

Dr. Stephan Back ist Lehrbeauftragter an der Fachhochschule Deggendorf; Dr. Thomas Stirner ist Dozent und Projektmitarbeiter im Labor Optical Engineering an der Fachhochschule Deggendorf; Dipl.-Ing. (FH) Christian Schopf ist dort Laboringenieur.

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