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27.06.2019

Geringere Schwingungen im Fräsprozess

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat im zweijährigen Forschungsprojekt 'Fixtronic' gemeinsam mit Partnern ein Spannsystem und eine Simulationssoftware entwickelt, um Schwingungen während der Fräsbearbeitung systematisch zu minimieren und die Fräsprozesse stabiler und kostengünstiger zu gestalten.

Aktives Spannsystem mit Werkstück. Foto: Fraunhofer IPT

Ziel des Forschungsprojekts 'Fixtronic' war es, ein System zu entwickeln, das selbstständig auf dynamische Veränderungen im Fräsprozess reagiert und Schwingungen sowie Instabilitäten aktiv verringert. Dazu entwickelten die Forscher vom Fraunhofer IPT einerseits ein aktives Spannsystem für das Werkstück und andererseits eine Simulationssoftware, die die Spindeldrehzahl so optimiert, dass Eigenschwingungen des Werkstücks nicht angeregt werden.

Vernetzte Spannsysteme mit aktiver Schwingungsdämpfung

Zur aktiven Stabilisierung des Fräsprozesses integrierten die Aachener Forscher Sensoren in ein Spannsystem, mit denen sich der Zustand des Werkstücks während der Fräsbearbeitung überwachen lassen. Piezoaktoren erzeugen dann bei Bedarf eine gezielte Gegenschwingung auf das Werkstück, um die Schwingung des Fräswerkzeugs zu minimieren. Versuche zeigten, dass sich mit dieser Methode die Schwingungen im Werkstück selbstständig um mehr als 70 Prozent reduzieren lassen.

Das Spannsystem lässt sich zudem mit der Werkzeugmaschine vernetzen, sodass eine effektive Echtzeit-Überwachung des Werkstücks möglich ist, die den Fräsprozess insgesamt stabilisiert. Das aktive Spannsystem wird damit selbst zu einem so genannten cyberphysischen Produktionssystem (CPPS) im Sinne der Industrie 4.0.

Optimierung der Spindeldrehzahl

Um die Schwingungen des Werkstücks noch weiter zu reduzieren, nutzen die Ingenieure des Fraunhofer IPT außerdem eine selbst entwickelte Simulationssoftware. Damit lässt sich der Fräsprozess bereits vor der eigentlichen Bearbeitung simulieren und kritische Spindeldrehzahlen vermeiden, die zu einer Anregung der Eigenfrequenzen des Werkstücks führen, bei denen es besonders stark schwingt.

Für die Software entwickelten die Aachener Forscher ein sogenanntes Multi-Frequenz-Stabilitätsdiagramm, das die Veränderungen der Werkstückgeometrie während der Bearbeitung berücksichtigt. In Versuchen konnte bereits nachgewiesen werden, dass sich die Schwingungen durch den Einsatz der Software nochmals deutlich verringern lassen: Die Oberflächenrauheit der getesteten Bauteile konnte um mehr als 50 Prozent gesenkt werden.

Die beteiligten Projektpartner waren das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, CP Autosport, Innoclamp und WBA Aachener Werkzeugbau Akademie.

Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Steinbachstr. 17
DE 52074 Aachen
Tel.: 0241-8904-108
Fax: 0241-8904-198

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