Oberflächenkonditionierung in der Zerspanung

Abstract

Ziel der Arbeiten im Schwerpunktprogramm war es, für Zerspanungsprozesse unter kombinierter Nutzung von in-process einsetzbarer Softsensorik und Prozesswissen in Form von Prozess-, Geometrie- und Werkstoffmodellen dynamische Vorsteuerungen bzw. -regelungen aufzubauen, die es gestatten, in metallischen Bauteilen gleichzeitig definierte Geometrien und Randschichtzustände einzustellen. Damit sollten diese Rand-schichtzustände und somit auch die Eigenschaften der gefertigten Bauteile, auch bei Vorliegen von beobachtbaren Störgrößen (wie z.B. Halbzeugtoleranzen, Werkzeugeinstellwinkel, anfänglicher Werkzeugverschleißzustand und Maschinenschwingungen) oder verborgenen Störgrößen (wie z.B. Werkzeugverschleiß bzw. -schartigkeit im Eingriff und streuende Materialeigenschaften) im Prozess sichergestellt werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogrammes sollten zerspanende Endbearbeitungsprozesse mit geometrisch bestimmten und mit geometrisch unbestimmten Schneiden mit gebundenem Korn betrachtet werden, die thermisch-mechanische Hauptwirkungen aufweisen und in einem mechanisch stabilen Zustand betrieben werden. Im Rahmen der zunächst 12 und in der 2. Phase 9 Teilprojekte wurden überwiegend Drehprozesse an Stählen betrachtet. Daneben wurden Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen einbezogen. Fräsen und Tiefbohren sowie Schleifen waren weitere Prozesse. Die eingesetzte Messtechnik basierte in der Mehrheit der Projekte auf magnetischen Verfahren und schloss Barkhausen- sowie Wirbelstromverfahren ein. Daneben wurden Körper- und Luftschall, Temperaturen und auf den Werkzeugen applizierte Temperatur-, Kraft- und Verschleißschichten eingesetzt. Durch Kombination dieser Sensoren mit physikalisch basierten oder datenbasierten Modellen wurden Softsensoren abgeleitet, mit denen sich die Sensorsignale in Randschichtzustandsgrößen uminterpretieren und zur Regelung der Randschichteigenschaften einsetzen ließen. Aufgrund der unterschiedlichen Steuerungstypen der eingesetzten Werkzeugmaschinen bedurfte es schließlich unterschiedlicher Hardwareansätze, um die Regelungsansätze realisieren zu können.