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Forschungsziel: Das Forschungsvorhaben ReffiZ entwickelte effiziente Zerspanungsprozesse, welche die Produktentwicklung und Herstellung im Maschinenbau ganzheitlich optimieren. Aufbauend auf experimentellen Versuchsreihen wurden Verfahren zur automatisierten Ermittlung von Prozesscharakteristika erforscht. Es erfolgte eine umfassende Modellbildung zur Simulation relevanter physikalischer Effekte. Dadurch kann nun der Planungsaufwand für hochproduktive und qualitätsoptimierte Bearbeitungsoperationen reduziert und fertigungs- und anwendungsgerechte Produkte wirtschaftlich besser hergestellt werden.
Harald Altstädter +49 7022 77-1459
harald.altstaedter@heller.biz
Dipl.-Ing. Stefan Scherr
+49 721 608-25286
stefan.scherr@kit.edu
Problemstellung
Die Produktentstehung ist für produzierende Unternehmen essentiell, um mittel- und langfristig auf dem Weltmarkt bestehen zu können. Fehlende Planungs- und Simulationsmöglichkeiten zur Abschätzung der Wechselwirkungen zwischen Werkstückgeometrie, spanendem Fertigungsprozess und Werkzeugmaschinensystem hemmen eine fertigungseffiziente Produktgestaltung. Daraus resultiert eine iterative und kostspielige Optimierung zwischen der Produktentwicklung und der Fertigungsvorbereitung.
Zielsetzung
Ziel des Verbundprojektes war deshalb die Entwicklung von Planungsprozessen und Softwarewerkzeugen zur simulationsgestützten Produktauslegung. Dabei wurden die Prozessführung in der Serienfertigung sowie die eingesetzten Produktionsmittel berücksichtigt. Im Projekt wurden Methoden zur Prognose des Prozess-Maschine-Verhaltens bereits im Produktentwicklungsprozess durch die Erweiterung der CAM-NC-Planungskette erforscht. Es wurden die Voraussetzungen geschaffen, Produktionsmittel in der Entwicklungsphase durch Simulation hinsichtlich ihrer Fertigungseffizienz für definierte Bearbeitungsoperationen wesentlich zu verbessern.
Vorgehensweise
Das dynamische Wechselwirkungsverhalten von Maschine und Prozess wurde anhand maschineninterner Leistungs- und Regelgrößen in Referenzprozessen automatisch erfasst, analysiert und zur Parametrierung der Simulationswerkzeuge aufbereitet. Parallel hierzu wurden bestehende Simulationsansätze zur Beschreibung der Prozess-Maschine-Interaktion den Anforderungen einer frei parametrierbaren Bahnführung angepasst und Planungsmethoden aus den Erkenntnissen über stabile Bearbeitungsprozesse abgeleitet. In einem weiteren Arbeitsschritt wurden die resultierenden Modellbeschreibungen und Planungsverfahren in Softwaresysteme umgesetzt, sowie in den industriellen Produktentstehungsprozess bei Maschinenanwendern und Maschinenherstellern integriert.
Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Der resultierende interdisziplinäre Austausch zwischen Maschinenanwendern und Maschinenherstellern ermöglicht nun, den Aufwand für die Planung stabiler Bearbeitungsoperationen zu reduzieren sowie gleichermaßen fertigungseffiziente und anwendungsgerechte Produkte bzw. Maschinen zu entwickeln. Gleichermaßen wurden die Softwarelösungen aus dem Vorhaben zur Implementierung in kommerziell verfügbaren Planungssystemen aufbereitet. Sie stehen somit einem breiten Feld von Anwendern einschließlich kleiner und mittelständischer Unternehmen zur Verfügung. Die Ergebnisse sind branchenweit übertragbar, wie beispielsweise in die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Automobilindustrie, den Landmaschinenbau und den Formenbau.
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