Abteilung Simulations- und Prozessentwicklung

Der Forschungsschwerpunkt der Abteilung Simulations- und Prozessent­wicklung liegt in der simulationsbasierten Analyse und Optimierung von NC-Bearbeitungsprozessen mit geometrisch bestimmter und unbestimmter Schneide (Abb.).

Grund­lagen­unter­suchungen zu Bearbeitungsprozessen, beispielsweise dem Mikrofräsen von gehärtetem Schnellarbeitsstahl, gehören ebenso wie die simulationsgestützte Entwicklung innovativer Prozesse und Werkzeuge zur gezielten Einbringung von Oberflächenstrukturen auf Freiformflächen mittels Fräsen oder Schleifen sowie die Betrachtung der additiven und subtraktiven Prozesskette zu den Forschungsaktivitäten dieser Arbeitsgruppe.

Einen wesentlichen Schwerpunkt stellt gemeinsam mit dem Lehrstuhl XIV – Virtual Machining die Entwicklung von Prozesssimulationen zur Analyse und Optimierung von Fertigungsverfahren dar. Zur Analyse der simultan mehrachsigen Mikro- und Makrofräsbearbeitung komplexer Bauteilstrukturen, wie sie beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau oder in der Luftfahrttechnik gefordert werden, wird ein Simulationssystem ständig weiterentwickelt. Mit diesem können die wechselnden Eingriffsbedingungen während der NC-Bearbeitung komplexer Freiformflächen und die daraus resultierenden Werkzeugbelastungen, Temperatureinflüsse sowie der auftretende Werkzeugverschleiß untersucht werden. Dabei stellen die Modellierung und Analyse regenerativer Schwingungseffekte resultierend aus der Interaktion zwischen Materialabtrag und dem dynamischen Verhalten des Werkzeug-Werkstück-Maschine-Systems ein zentrales Forschungsthema dar. Neben der Frässimulation werden ebenfalls Simulationsmodelle für Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide – wie Schleifen und Honen – zur Vorhersage der resultierenden Oberflächentopographien entwickelt.

Das Einsatzgebiet dieser Simulationssysteme besteht nicht nur in der Analyse von Fertigungsprozessen und gegebenenfalls der Anpassung von Prozesspa­rameterwerten. Das Ziel der Entwicklungen besteht auch darin, die Simulation der Fertigungsprozesse bereits vor der eigentlichen Bearbeitung zur Prozess­auslegung sowie zur Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Spannvor­richtungen zu nutzen. Auch die Kopplung von Prozessmodellen mit Sensorik zur Prozessüberwachung und die Qualifizierung der Simulation für den Fabrik­planungsprozess stellen gerade im Zeitalter von Industrie 4.0 ein aktuelles Forschungsthema dar. Damit werden die Einsatzmöglichkeiten von Prozess­simulationen – von der detaillierten Analyse an der Werkzeugschneide über die Auslegung von Aufspanneinrichtungen und Maschinenkonzepten bis hin zur Fabrikplanung – in verschiedenen Grundlagenforschungsprojekten und industrienahen Kooperationen wesentlich erweitert.