Untersuchung der dynamischen Maschineneinflüsse bei Werkzeugmaschinen mit Parallelkinematiken auf die Prozesssicherheit bei der Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung
Beschreibung
Die Fertigungsgenauigkeiten und -qualitäten bei der Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung mit Parallelkinematik-Maschinen werden durch eine Vielzahl von prozessgefährdenden Störungen beeinflusst. Die bei der Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung angestrebten hohen Zeitspanvolumina erfordern, dass die Parallelkinematik-Maschine bis zur Grenze ihrer dynamischen Stabilität betrieben werden muss. Aufgrund des nichtseriellen Aufbaus von Parallelkinematik-Maschinen und der komplexen nichtlinearen Zusammenhänge der Kinematik können bestehende Verfahren zur Bestimmung prozessstabiler Bereiche nur unzureichend eingesetzt werden. Eine Übertragung von Forschungsergebnissen, die auf seriellen Maschinen gewonnen wurden, ist hier nur sehr eingeschränkt möglich. Insbesondere die extreme Abhängigkeit des Nachgiebigkeitsverhaltens und damit der Eigenfrequenzen von der Position des Werkzeuges im Arbeitsraum sowie die ebenfalls poseabhängigen Kopplungen der Nachgiebigkeiten müssen bei einem Verfahren zur Bestimmung prozessstabiler Bereiche berücksichtigt werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Identifikation der Ursachen, die zu Ungenauigkeiten in der Vorhersage führen, sowie die Ermittlung von Methoden zu der a-priori Beurteilung der Stabilität. Dazu wird das dynamische Verhalten verschiedener Parallelkinematik-Maschinen, insbesondere die Anregungsmechanismen, der Bearbeitungsprozess und Einflussfaktoren wie Temperatur und Drehzahl, experimentell analysiert. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen sollen mathematische Werkzeuge entwickelt werden, die den Entwickler einer Parallelkinematik in die Lage versetzen, prozessstabile Bereiche vorherzusagen, also Stabilitätskarten zu erstellen, die das dynamische Verhalten des Prozesses sowohl in Abhängigkeit der Prozessparameter Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Werkzeuggeometrie und der Pose des TCP darstellen als auch in Abhängigkeit von in der Konstruktionsphase festzulegender Geometriegrößen.
Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem
Institut für Werkzeugmaschinen IfW
von Prof. Heisel und dem Institut für Technische und Numerische Mechanik. Alle experimentellen Arbeiten werden am IfW durchgeführt. Die Simulationen und Programmentwicklung finden am Institut für Technische und Numerische Mechanik statt.
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