Oberflächensimulation für instabile Fräsprozesse (PDF)

Studienarbeit aus dem Jahr 2007 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1.3, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH-Aachen), Sprache: Deutsch, Abstract: Fräsen ist ein Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide und gehört zu
den wichtigsten fertigungstechnischen Bearbeitungsverfahren. Wie in vielen Bereichen des
Maschinenbaus steigen auch die Anforderungen an Produkte des Werkzeugmaschinenbaus.
Die Produktionszeiten in der Fertigung werden wegen des steigenden Wettbewerbs immer
kürzer, wobei die Ansprüche an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit steigen.
Während eines Fräsprozesses kann es jedoch zu unerwünschten Schwingungen des
Werkzeugs kommen, den sog. Ratterschwingungen, was zu einer Verschlechterung der
Werkstückoberfläche führen kann. Daher ist es nahe liegend vor einem Fräsprozess die
Oberflächenbeschaffenheit mittels einer Simulation vorherzusagen um dann gegebenenfalls
Veränderungen der Prozessgrößen vorzunehmen wie z.B. eine Vorschubanpassung.
Die bisherigen Entwicklungen und Untersuchungen lassen jedoch noch viele Fragen
hinsichtlich der entstehenden Oberflächenbeschaffenheit und vor allem der
Schwingungsfrequenzen und -amplituden offen. Am Laboratorium für
Werkzeugmaschinen (WZL) der RWTH-Aachen laufen daher einige Forschungsprojekte auf
diesem Gebiet.
Im Rahmen dieser Arbeit wird unter MATLAB ein Programm für die Simulation der
Oberflächenbeschaffenheit einer schwingungsbehafteten Fräsbearbeitung entwickelt und
getestet.
Die zwei zentralen Ziele einer Oberflächensimulation sind zum einen vor dem eigentlichen
Fräsprozess die Oberfläche mittels einer Simulation vorhersagen zu können und zum
anderen nach einer Fräsbearbeitung anhand der Oberflächenbeschaffenheit des
Werkstückes Rückschlüsse auf die im Fräsprozess wirkender Schwingungsfrequenzen und
-amplituden zu ziehen. Im Rahmen dieser Studienarbeit wird vorrangig die Vorhersage der
bearbeiteten Oberfläche ermöglicht. Die dafür zu entwickelnden Software-Werkzeuge und
insbesondere entsprechende Verifikationsversuche dienen als Vorarbeit für einen späteren
Rückschluss von der bearbeitenden Oberfläche auf die zugrunde liegende Schwingung.