Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Technologische CAD/CAM-Kette zur Funktionalisierung von Bauteilen

Ziel des Projektes ist ein Verfahren zur Vorgabe von Bauteiloberflächeneigenschaften in der Konstruktion und zur automatisierten Auswahl anforderungsgerechter Prozessstellgrößen in der Arbeitsvorbereitung. Daher liegt ein Aspekt in der Erweiterung des Konstruktionsdatenaustausches. Diese befähigt zum einen den Konstrukteur auf der Kundenseite, direkt am Bauteilmodell (CAD) erforderliche Randzonenmerkmale vorzugeben. Zum anderen werden diese Informationen in der Prozessauslegung (CAM) auf der Lieferantenseite automatisch zur Planung herangezogen. Die Basis hierfür bilden modular in das CAM-System eingebundene Modelle zur Abbildung prozessinduzierter Randzoneneigenschaften wie der Oberflächenrauheit. Dadurch werden die iterativen Schritte zur Einstellung funktionsbestimmender Merkmale von der Fertigungsebene in die virtuelle Ebene der computergestützten Prozessauslegung verlagert. Ergebnisse sind eine Erweiterung der konventionellen geometrischen Bahnplanung um eine technologische, modellbasierte Auswahl der Prozessstellgrößen und eine virtuelle Prognose des Fertigungsergebnisses.

Die Verwendung von CAM-Systemen zur Bahnplanung komplexer Bauteile ist heute in vielen kmU Stand der Technik. Allerdings ist die Einstellung definierter Merkmale zur Funktionalisierung von Oberflächen derzeit nur durch tiefgreifendes Expertenwissen oder kostenintensive Einfahrprozesse möglich. In diesem Prozessstadium sind zudem die Eingriffsmöglichkeiten auf das Prozessergebnis begrenzt, wodurch unter Umständen eine Neuplanung erforderlich wird. Dies stellt insbesondere vor dem Hintergrund kleinerer Losgrößen ein erhebliches wirtschaftliches Risiko dar. Dieses Risiko soll durch die Entwicklung der neuartigen Auslegungsmethodik deutlich reduziert werden. Die angestrebte Integration der Prozessmodelle in die CAD/CAM-Kette versetzt insbesondere kmU in die Lage, Prozesse für kleine Losgrößen effizient und sicher auszulegen, und stärkt damit deren Wettbewerbsposition.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurde die CAD/CAM-Kette um eine Möglichkeit der Vorgabe von Oberflächeneigenschaften erweitert. Diese hinterlegten Oberflächeneigenschaften konnten genutzt werden, um beliebige Rauheitswerte, Sicherheiten und das verwendete Material flächenaufgelöst zu speichern. Als Modellierungsansatz für die Oberflächenrauheit wurde ein kombinierter Ansatz aus kinematischer und stochastischer Rauheit verwendet. Die hier erforschten Rauheitsmodelle zeigten bereits eine hohe mittlere Übereinstimmung von 80 – 100 % für Flankenfräsprozesse von 42CrMo4. Die ausgewählte Prozessplanungsheuristik „Pattern Search“ nähert die simulierten Rauheitswerte zuverlässig den geforderten Rauheitswerten an. Die Rechengeschwindigkeit der Prozessplanungsheuristik konnte durch eine Datenbank zur Startwertauswahl um das 2,5-fache gesteigert werden.

Die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse können KMU helfen, diese Herausforderung besser zu bewältigen. Die Integration von Modellen zur Prognose von Randzoneneigenschaften ermöglicht einen einfacheren Transfer von Forschungswissen in die Praxis, da dieses Wissen in die gewohnte Softwareumgebung des Anwenders integriert wird. Dies sowohl für fertigende Unternehmen als auch für Softwaredienstleister von großer Bedeutung. Bei der Integration von Modellen in die CAD/CAM-Software handelt es sich häufig um individuelle Dienstleistungen, die häufig von KMU in der Softwareentwicklung angeboten werden können. Fertigende Unternehmen profitieren durch das technologische Wissen, welches zu konsistenteren und effizienteren Prozessen führt. Wichtige Vorarbeiten für einfache Integration und Anwendung in beiden Bereichen werden über die im Projekt dargestellte Schnittstellendefinition zwischen CAD/CAM-Systemen zur Attributsübergabe, die Empfehlung eines heuristischen Optimierungsverfahrens und der dargelegten Methodik zur Ableitung eines Rauheitsmodells gegeben.