Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter December 20, 2018

Virtuelle Prozesssimulation für Fräsprozesse

Effiziente Vorhersage von Prozesskräften unterstützt die Maschinenauslegung

Virtual Process Simulation for Milling Processes
Efficient Prediction of Process Forces Supports Machine Design
Berend Denkena, Benjamin Bergmann, Alexander Schmidt and Oliver Pape

Kurzfassung

Technische Problemstellungen werden im Maschinenbau routinemäßig mit Simulationssoftware gelöst. Korrekte realitätsnahe Aussagen stellen dennoch eine große Herausforderung dar [1]. Eine technisch komplexe Fragestellung ist die prozesssichere Auslegung von Werkzeugmaschinen der Großserienfertigung. Die Berücksichtigung der konfigurationsabhängigen Wechselwirkung von Werkzeugmaschine und Prozess ist mit großem wirtschaftlichen Aufwand verbunden. Ersatzweise werden Werkzeugmaschinen oft mit hohen Sicherheitsfaktoren ohne maßgebliche Betrachtung der Prozessstabilität überdimensioniert. Nachfolgend wird eine Angebotserstellung für Werkzeugmaschinenhersteller dargelegt. Ziel ist, durch Simulationen eine hohe Prozesssicherheit und Produktivität bei minimalen Kosten zu gewährleisten. Anhand des Kugelnabenfräsens wird eine dexelbasierte Prozesssimulation vorgestellt, angewandt und mit Experimenten validiert.

Abstract

Technical problems in mechanical engineering are routinely solved with simulation software. However, correct, realistic statements represent a major challenge [1]. With higher complexity, the influencing factors increase so that the economic effort of the simulation rises. One of these complex issues is the reliable design of machine tools for large-scale production. In the simulative design, the structural and process dynamic properties must be taken into account to ensure process stability. This poses a challenge for small- and medium-sized machine tool manufacturers regarding their design at large-scale production. The configuration-dependent interaction of machine tool and process excitation is related to great effort and thus usually disregarded. If machine tools are designed with high safety factors due to the unknown interaction, individual components or the entire machine tool is oversized. This can lead to higher production costs without ensuring process stability. A novel offer for machine tool manufacturers is presented. The aim is to ensure high process reliability with high machine tool productivity and thus to minimize costs for machine tool manufacturers and customers. A dexel-based process simulation is presented, carried out and validated with experiments using the large-scale production process of ball hub milling.


Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, geb. 1959, studierte und promovierte an der Leibniz Universität Hannover im Bereich Maschinenbau. Seit 2001 leitet er das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover.

Dr.-Ing. Benjamin Bergmann ist seit 2011 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFW. Seit 2017 leitet er den Bereich Maschinen und Steuerungen.

M.Sc. Oliver Pape ist seit 2014 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFW.

M.Sc. Alexander Schmidt ist seit 2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFW.


Literatur

Klein, B.: FEM – Grundlagen und Anwendungen der Finite-Element-Methode im Maschinen- und Fahrzeugbau. Springer Fachmedien, Wiesbaden2015 Search in Google Scholar

Stanik, M.: Rekonfigurierbarkeit macht Werkzeugmaschinen für die Großserienfertigung flexibel. Online unter https://www.maschinenmarkt.vogel.de/rekonfigurierbarkeit-macht-werkzeugmaschinen-fuer-die-grossserienfertigung-flexibel-a-101093, [Stand 31.05.2018] Search in Google Scholar

Denkena, B.; Bergmann, B.; Schmidt, A.: Korrekte Dimensionierung der Maschine spart Kosten – Virtuelle Maschinenkonfiguration garantiert hohe Prozesssicherheit bei hoher Produktivität. mav - Innovation in der spanenden Fertigung11 (2017) 1, S. 3437 Search in Google Scholar

Altintas, Y.: Manufacturing Automation – Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. Cambridge Univ. Press, New York2012 Search in Google Scholar

Online erschienen: 2018-12-20
Erschienen im Druck: 2018-12-17

© 2018, Carl Hanser Verlag, München