Wissensbasierte und methodische Optimierung des Fräsprozesses (MANUNET-KOBOLD)

Problemstellung
Das Fräsen ist eine High-Tech Fertigungstechnologie, die wesentlich zur Wettbewerbsfähigkeit wichtiger Industriesektoren Europas beiträgt. Trotz langjähriger Erfahrung ist diese Technologie noch immer nicht kontrolliert, so dass eine Null-Fehler-Produktion bisher nicht möglich ist. Vor allem Vibrationen und Werkzeugverschleiß sowie -bruch führen zu geringer Oberflächenqualität von Bauteilen bis hin zur Zerstörung der Werkstücke. Das Fräsen ist eine wichtige Technologie, die in vielen deutschen kleinen und mittleren Unternehmen eingesetzt wird. Frässtrategien werden in deterministischer Weise geplant. Der Werkzeugweg und weitere Prozessparameter wie die Drehzahl werden vorher definiert. Dadurch ist es nicht möglich, unvorhergesehene Ereignisse geeignet kontrollieren und Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Vibrationen oder Werkzeugverschleiß führen häufig zu Ausschuss und hohen Produktkosten. Zu einer Investition in eine neue Fräsmaschine sind die meisten Unternehmen jedoch nicht gewillt oder in der Lage. Daher müssen neue Strategien entwickelt werden, durch die die vorhandenen Fräsprozesse technisch verbessert werden – ohne dass hohe Investitionskosten anfallen.

Zielsetzung
Das Ziel des Gesamtvorhabens ist es, mittels Integration dreier Messtechnik-Technologien in eine bestehende Fräsmaschine den tatsächlichen Ablauf des Prozesses im Detail zu verstehen, Abweichungen zu erkennen und daraus optimierte Fräsbahnen und -parameter abzuleiten.

Vorgehensweise
Die Idee des vorliegenden Projektes ist es mittels Integration dreier Messtechnik-Technologien (Oberflächenmesstechnik, Verschleißmesstechnik, Fasersensorik) in eine bestehende Fräsmaschine den tatsächlichen Ablauf des Fräsprozesses im Detail zu verstehen und Optimierungsstrategien abzuleiten. Neben der Integration werden die Datenschnittstellen definiert und standardisiert, sowie Datenanalyseverfahren wie Data-Mining Methoden (z.B. Neuronale Netze) appliziert sowie die Demonstration in der industriellen Anwendung entlang des Produktentwicklungsprozesses zu gestalten. Durch den Einsatz eines faseroptischen Messsystems an Werkzeugspindeln, einer optischen Geometrie- und Verschleißmessung an Fräsköpfen und eines Streifenlichtprojektionsmesssystems am Produkt können alle Abweichungen gemessen und kompensiert werden. Über die Datenanalysen werden schließlich Vorhersagen für den Bearbeitungsprozess ermöglicht. Aus den Ergebnissen wird eine auf andere Fertigungsverfahren übertragbare Methodik erarbeitet, die bei weiteren Produktentwicklungen adaptiert werden kann.

Anwendungspotenzial
Die im Rahmen des Kobold-Projekts entwickelte Methodik, wie auch die Einzellösungen (Messtechnik, Datenbank, Analysewerkzeuge) werden für Unternehmen aus den Branchen Maschinenbau, Energietechnik, Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Automotive, Medizintechnik attraktiv sein. Es wird erwartet, dass der Fräsprozess unmittelbar eine Leistungs- und Qualitätssteigerung erfährt. Die im Kobold-Ansatz verfolgte Strategie wird auch bei anderen Technologien breiten Anklang finden.

• Blum-Novotest GmbH
• Breitmeier Messtechnik GmbH
• CP Tech GmbH - Applied Technology
• Fionec GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein