Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Holistische mehrkriterielle Optimierung der Schlichtbearbeitung

Als Ergebnis des Projektes soll ein Simulationspaket zur ganzheitlichen Betrachtung und Optimierung von Schlichtprozessen in der mechanischen Fertigung entstehen. Dabei ist es das Ziel ein allgemeingültiges mechatronisches Simulationsmodell aufzubauen, das eine einfache Übertragbarkeit auf andere Maschinen auf Basis anwenderspezifischer Informationen gewährleistet und zugleich dem ganzheitlichen Ansatz, der Nutzung relevanter Einflussfaktoren entlang der gesamten Prozesskette, entspricht.

Am Beispiel des Bearbeitungszentrum DMU210P wird ausgehend von einer ausführlichen IST-Stands-Analyse die gesamte Prozessumgebung in einem mechatronischen Modell beschrieben und abgebildet. Dazu erfolgt im Rahmen von Bearbeitungsversuchen unter der Variation von Eingangsparametern die messtechnische Erfassung der Gesamtantwort des Systems Maschine. Die erhaltenen Messwerte bilden die Basis für die Beschreibung des mechatronischen Simulationsmodells sowie für eine Sensititvätsanalyse.

Im Rahmen einer mehrkriteriellen Optimierung werden die Eingangsparameter im gekoppelten mechatronischen Modell im Hinblick auf die definierten Zielfunktionen zur Beschreibung der Kriterien Qualität und Prozesszeit variiert und das Parameteroptimum gesucht.

Die signifikante Reduzierung der Oberflächenwelligkeit bei der Schlichtbearbeitung steht im direkten Zusammenhang mit der Senkung des manuellen Nachbearbeitungsaufwandes der Oberflächen. Die mehrkriterielle Optimierung der Prozessparameter ermöglicht auch eine Verminderung der Bearbeitungszeit. Mit der Optimierung der Einstellparameter sollen die Bearbeitungszeit für den Schlichtprozess sowie die Aufwendungen für Abzieh-/Polierprozess um ca. 10% reduziert werden.

Die Senkung des Nacharbeitsaufwandes spiegelt sich direkt in den Arbeitskosten wieder. Des Weiteren führt die Reduzierung der Bearbeitungszeit und damit der Maschinenbelegungszeit ebenfalls zu einer Kostenreduktion. Dies mündet in einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit für die KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden verschiedene Tools zur Untersuchung der Prozesskette des Werkzeugentstehungsprozesses entwickelt und angewendet. Zum Projektabschluss erhalten die im PbA beteiligten Unternehmen die Möglichkeit, gezielt Potentiale für ihre Fertigung zu besprechen und Untersuchen zu planen. Die Methodik zur Untersuchung mechanischer Strukturen sind ebenfalls auf andere Anlagen, wie bspw. Montage- und Transfereinrichtungen übertragbar. Gerade bei hochgenauen Positioniervorgängen zum Fügen kann dadurch ein Mehrwert entstehen.

Zu den wesentlichen Tools zählen zwei Anwendungen auf Matlab-Basis. Das Tool zur Visualisierung von Bahnabweichungen ermöglicht die prozessparallele Erfassung der Werkstückkontur und entsprechend der Welligkeiten, die durch das dynamische Verhalten der Werkzeugmaschine entstehen und durch ungünstige NC-Bahnplanungen zu Überschreitungen des Toleranzbereiches führen.

Mit dem Tool zur Analyse von Krümmungsunstetigkeiten lässt sich hingegen im Fall von optischen Oberflächenauffälligkeiten, wie Facetten, eine einfache und schnelle Überprüfung auf softwareseitige Fehler realisieren. Insbesondere die Phase der NC-Code Generierung aus CAM-Daten kann so überprüft werden, da mit dem Programm CAM Datensätze effizient analysiert werden können. Zudem können über ein Histogramm Bereiche kritischer Krümmungen identifiziert werden, wodurch eine Optimierung von Maschinen- und Prozessparametern schon während der Planungsphase möglich ist. Über die Daten zu kritischen Krümmungen ist es außerdem möglich eine Datenbasis zu erstellen, die Aussagen über Schädigungstendenzen für entsprechende Krümmungen trifft.