Stabile Prozessparameter bei Mehrspindlern ermitteln

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Anstelle eines Vollnutschnittes mit konstanter Schnitttiefe, wird das Werkstück angestellt, sodass der Fräser ein schräges Werkstück bearbeitet. Wie in Bild 2 zu erkennen, erhöht sich damit die Schnitttiefe kontinuierlich bis die kritische Schnitttiefe erreicht ist und der Regenerativeffekt auftritt. Aufgrund der Zeitspanne zwischen dem Beginn des Fräsprozesses und dem Erreichen der kritischen Schnitttiefe, kann mithilfe der Versuchsparametrierung die kritische Schnitttiefe berechnet werden. Langwierige Näherungsverfahren entfallen somit, wodurch die Anzahl der notwendigen Schnitte zur Aufnahme einer Stabilitätskarte auf einen einzigen Schnitt pro Parameterkombination reduziert wird [4].

Ratterschwingungen während des Aufschwingvorgangs identifizieren

Das Verfahren mit kontinuierlicher Schnitttiefenerhöhung beruht auf der Annahme, dass Ratterschwingungen schon frühzeitig erkannt werden können. Ziel ist es, die Ratterschwingungen während des Aufschwingvorgangs, trotz des Grundrauschens und der Messereingriffsstöße, mithilfe der Verlagerungen von Spindel und Werkstück zu identifizieren, um eine Beschädigung der Maschine, des Werkzeugs und des Werkstücks zu vermeiden. Dabei muss der verwendete Algorithmus in der Lage sein, die Verlagerungen durch steigende Prozesskräfte infolge der kontinuierlichen Schnitttiefenerhöhung von den durch Ratterschwingungen ausgelösten Verlagerungen zu unterscheiden.

Ein frühzeitiges Erkennen von Ratterschwingungen konnte am WZL mithilfe eines erweiterten Pointcaré-Algorithmus zuverlässig umgesetzt werden. Dazu werden die Verlagerungen in X- und Y-Richtung über einen Zeitraum von mehreren vollständigen Fräserumdrehungen aufgetragen. Die sich ergebende Kurve wird Trajektorie genannt und ihre periodische Betrachtung ist ein Maß zum Beurteilen der Stabilität. Bildet der Verlauf der Kurve eine scharfe Bahn, so ist der Prozess stabil. Ist die Kurve hingegen chaotisch, so ist der Prozess instabil (Bild 3) [4].

Kommunikation zwischen dem Auswertungsprogramm und der Maschinensteuerung

Um eine weitgehend automatische Aufnahme von Stabilitätskarten zu ermöglichen, wurde am WZL zudem eine Kommunikation zwischen dem Auswertungsprogramm der Beschleunigungssignale auf einem externen Laptop und der Maschinensteuerung realisiert. Somit ist es möglich den Schnitt bei Identifikation von Prozessinstabilitäten abzubrechen und einen neuen Schnitt mit neuen Prozessparametern zu beginnen [5].

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