Virtualisierung der spanenden Bearbeitung in der Maschinenentwicklung und Prozessoptimierung (VispaB)

Von spanenden Werkzeugmaschinen wird ein Höchstmass an Produktivität gefordert, welche neben dem Leistungspotential der installierten Antriebe und verwendeten Werkzeuge sowie Schneidstoffe durch das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten der Maschinensysteme begrenzt wird. Sowohl Maschinenhersteller als auch Anwender sehen sich bei der Inbetriebnahme und Fertigungsvorbereitung oft mit dem Problem konfrontiert, dass geplante Zerspanleistungen auf Grund von Prozessinstabilitäten nicht umgesetzt werden können. Dieses Problem führt oft zu langen und unwirtschaftlichen Inbetriebnahmezeiten industrieller Serienfertigungsprozesse, da umfangreiche Versuchsreihen erforderlich sind, um prozesssichere, bearbeitungseffiziente Fertigungsbedingungen zu ermitteln. Dem gegenüber können als Folge instabiler Zerspanoperationen Qualitätsanforderungen an das Werkstück wie z.B. die Form- und Masshaltigkeit sowie insbesondere die geforderte Oberflächenqualität nicht erfüllt werden. Die auftretenden Schwingungen der Maschinenstruktur begrenzen zudem die Lebensdauer mechanischer und mechatronischer Maschinenkomponenten und verkürzen die Standzeit der Werkzeuge. Die Möglichkeit das dynamische Wechselwirkungsverhalten von Maschine und Zerspanprozess mit Hilfe von Simulationswerkzeugen abzubilden, befähigt Maschinenhersteller und -anwender Inbetriebnahme- und Einfahrprozesse deutlich zu verkürzen, Fertigungsressourcen effizienter zu nutzen und die Fertigungsqualität ihrer Produkte zu steigern. Basierend auf Referenzprozessen für die Fertigungsverfahren Drehen und Fräsen wurden im Rahmen des BMBF Projektes VispaB Prozessmodelle entwickelt, die in Kombination mit ausgereiften Maschinenmodellen verlässliche Stabilitätsvorhersagen ermöglichen und eine Abschätzung der Leistungsfähigkeit von Produktionsanlagen erlauben. Die entwickelten, durchgängigen Modelle und Simulationswerkzeuge befähigen den Maschinenanwender zu einer fertigungseffizienten Parametrierung spanender Bearbeitungsoperationen. Gleichermassen wurden virtuelle Werkzeuge und Entwicklungsmethodiken geschaffen, die eine frühzeitige Bewertung des dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens von Produktionsanlagen anhand ihres prozessstabilen Verhaltens bereits im Verlauf ihrer Entwicklungsprozesskette gestatten. Die Leistungsfähigkeit und Prognosegenauigkeit der entwickelten Softwaretools wurde durch eine grosse Anzahl von Bearbeitungsversuchen auf verschiedenen Versuchsträgern der beteiligten Projektpartner untersucht und verifiziert.