Forschungsprofil

An die spanende Fertigung werden nach wie vor Forderungen nach größerer Genauigkeit und höherer Produktivität gestellt. Die inzwischen gute Beherrschung der statischen Auslegung von Maschinenstrukturen und die fortgeschrittene Servotechnik von Vorschubachsen tragen bereits zu hoher Präzision bei. Immer höhere Mengenleistungen erfordern größere Haupt- und Vorschubantriebsleistungen, die im Falle der Hauptantriebe
prinzipbedingt größtenteils in Wärmeströme an der Wirkstelle des Zerspanungsprozesses dissipiert werden und im Falle der Vorschubantriebe über den Umweg erhöhter Reibleistungen von mechanischen Antriebs- und Führungselementen oder über erhöhte Verlustleistungen der Antriebe selbst ebenfalls höhere Wärmeströme erzeugen. Beides führt zu einer Zunahme thermo-elastischer Verformungen.
Konventionelle Maßnahmen zur Verringerung thermo-elastischer Fehler wie Temperierung von tragenden Strukturbereichen der Werkzeugmaschinen mittels rückzukühlender Fluide, Klimatisierungsmaßnahmen ganzer Fertigungsbereiche sowie der Dauerbetrieb thermisch stabilisierender Hydraulikkreisläufe auch in Leerlauf-Prozessfenstern werden bereits erfolgreich praktiziert. Diese Maßnahmen und Vorgehensweisen erhöhen allerdings durchweg den Energieverbrauch und verringern somit die Wirtschaftlichkeit.
Der im Rahmen des SFB/TR 96 verfolgte Lösungsansatz orientiert auf Maßnahmen, die unter thermisch instationären Verhältnissen die Einhaltung der Bearbeitungsgenauigkeit bei gesteigerter Produktivität sicherstellen, ohne dass es zusätzlicher Energieaufwendungen für die Temperierung bedarf. Das heißt, das Ziel des SFB/TR 96 besteht in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.

Begonnen wurde in Phase 1 mit einer starken Fokussierung der Teilprojekte auf grundlegende Modellierungsund Parametrierungsuntersuchungen. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf Komponenten und Baugruppen und wurden durch Arbeiten, u. a. zur Validierung der Modelle, an entsprechenden Prüfständen zu Messmethoden und Messgrößen flankiert. Alle wesentlichen Arbeiten zu isolierten Effekten sind in Phase 1 abgeschlossen, Teilmodelle zu Komponenten und Baugruppen sowie Mess- und Modellierungsmethoden wurden erfolgreich entwickelt und erste Lösungen an realen Maschinenumgebungen erprobt.
Für Phase 2 ist die Erweiterung der Forschungsarbeiten in folgende Richtungen geplant:

  • zunehmende Komplexität der Analyseobjekte,
  • Berücksichtigung erweiterter, komplizierter Randbedingungen,
  • Betrachtung einer größeren Anzahl von Einflussfaktoren (z. B. Kühlschmierstoffe, bewegte Fugen) sowie
  • Übertragung auf reale Prozesse

In Phase 3 steht die Demonstration der erarbeiten Lösungen unter realen Bedingungen im Mittelpunkt.