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Modellierung der achsstellungsabhängigen Prozessdynamik zur simulationsgestützten Optimierung der NC-Fräsbearbeitung von Freiformflächen

Die stetig wachsenden An­for­de­run­gen und die Variantenvielfalt in der Produktionstechnik, ins­be­son­de­re im Werk­zeug- und Formenbau, erfordern häufig die Fertigung von Bauteilen und Werkzeugen in Einzel- oder Kleinserienfertigung. Simulationssysteme kön­nen bei der Ent­wick­lung von Fertigungsprozessen eingesetzt wer­den, um die Planungs- und die Anlaufphase der Prozesse zu verkürzen. Dies ist z. B. bei der Bearbeitung komplexer Werkstücke mit Freiformflächen re­le­vant, da diese einen hohen Planungsaufwand erfordert.

Ein Ver­fah­ren zur Fertigung von Freiformflächen stellt die 5-achsige Fräsbearbeitung dar. Die Feinbearbeitung ent­sprech­en­der Werkstücke erfolgt meist mit­hil­fe von Kugel- oder Torusfräsern. Die An­for­de­run­gen an die Oberflächengüte und die Maßhaltigkeit der Prozesse zur Fertigung ent­sprech­en­der Bauteile sind hoch. Die Auslegung 5-achsiger Prozesse erfordert zudem die Be­rück­sich­ti­gung zahl­rei­cher Effekte und Einflüsse auf das Prozessverhalten. Die Einflussgrößen umfassen bei­spiels­weise die Prozesskräfte, die Achsstellungen sowie die dy­na­misch­en und kinetischen Ei­gen­schaf­ten des Systems. Insbesondere das achsstellungsabhängige dynamische Verhalten wird in existierenden Simulationssystemen nur unzureichend abgebildet. Eine Be­rück­sich­ti­gung der achsstellungsabhängigen Nachgiebigkeit des Maschine-Werk­zeug-Systems ist somit ein wich­ti­ger Ansatzpunkt für die Prozessoptimierung.

In diesem Projekt wer­den zu­nächst die positions- und achsstellungsabhängigen modalen Ei­gen­schaf­ten ver­schie­dener Werkzeugmaschinen technologisch un­ter­sucht. Die Er­geb­nisse wer­den an­schlie­ßend in Modelle der dy­na­misch­en Systemeigenschaften überführt, um mit­hil­fe der Prozesssimulation die Planung stabiler Fräsprozesse zu er­mög­li­chen.

© ISF
a) Messung der achsstellungsabhängigen modalen Systemeigenschaften. b) Simulative Vorhersage stabiler Prozessparameterbereiche. c) Auswahl möglicher, kolli-sionsfreier Prozesskonfigurationen. d) Simulationsgestützte Anpassung exemplarischer NC-Bahnen.

In Ko­ope­ra­ti­on mit der Arbeits­gruppe Virtual Machining des Lehrstuhl XIV der Fa­kul­tät für In­for­ma­tik wird eine geometrisch-physikalische Prozesssimulation weiterentwickelt, um zu­nächst mögliche Anstellwinkel mit stabilem Prozessverhalten zu iden­ti­fi­zie­ren. Aus der Menge der Anstellwinkel ergibt sich an­schlie­ßend unter Be­rück­sich­ti­gung der erreichbaren Achsbeschleunigungen und der möglichen Kollisionsbereiche eine Teilmenge gültiger Prozessparameterbereiche, die zur Prozessoptimierung genutzt wer­den kön­nen. Somit wird die Durchführung von 5-achsigen Fräsprozessen mit einer hohen Prozessstabilität kollisionsfrei realisiert.

Um den Ein­fluss der Achsstellung auf die Prozessstabilität für unterschiedliche Maschinenkonzepte zu un­ter­su­chen, wer­den die Nachgiebigkeitsfrequenzgänge für die 5-Achs-Bearbeitungszentren HSC 75 der Firma DMG und FT4000 der Firma Heller bestimmt. Diese Ma­schi­nen un­ter­schei­den sich hinsichtlich ihrer Kinematik sowie ihrer Größe und bilden da­her ein breites Anwendungsspektrum für die erarbeitete Methode ab. Anhand der Untersuchungsergebnisse sollen Rück­schlüsse auf die benötigte Anzahl der Stützstellen statistischer Modelle des achsstellungsabhängigen Maschinenverhaltens für unterschiedliche Maschinenkonzepte gezogen wer­den. Durch eine simulationsgestützte Anpassung der Anstellung beim Fräsen eines Demonstratorwerkstücks wird die Anwendbarkeit des entwickelten Simulationsansatzes für beide Werkzeugmaschinen validiert.

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Anfahrt & Lageplan

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Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Rich­tung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Rich­tung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Rich­tung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Cam­pus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Stre­cke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund

Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Cam­pus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Rich­tung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Rich­tung Cam­pus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Cam­pus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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