Zerspansimulationslösungen für die Werkzeugkonstruktionund Prozessauslegung beim Fräsen

Abstract

Der erfolgreiche Einsatz der Simulation von Fertigungsprozessen bei verschiedenen Ferti¬gungsverfahren ist ein wichtiger Trend der letzten Jahre. Durch Simulation der auf das Werkzeug wirkenden Beanspruchungen kann zum einen dessen Leistungs¬fähigkeit signifikant verbessert werden. Zum anderen trägt die Simulation entschei-dend zur Ausle¬gung kostenoptimierter Prozessabläufe durch Reduktion der Bearbei-tungszeit und gleichzeiti¬ge Gewährleistung hinreichender Prozesssicherheit bei. Es lassen sich zwei verschiedene Gruppen von Ansätzen identifizieren. Einerseits auf empirisch-analytischen Gleichungen basierende, andererseits mit numerischen Ver-fahren wie der FEM realisierte Zerspanungssimulationen. Im Rahmen der vorliegen-den Arbeit wurde ein zweidimensionales FEM-Modell zur Simulation des Fräsens mit großer Eingriffsbreite entwickelt. Darüber hinaus ist eine automatische Modellierung und Ergebnisausgabe möglich. Weiterhin ist auf Basis eines empirisch-analytischen Modells der Prozesssimulation die Berechnung von Schnittkraft und Schneidentem-peratur zur Abbildung der mechanischen und thermischen Werkzeugbeanspru¬chung realisiert worden. Damit wird die Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhän-gigkeit der Eingriffsverhältnisse und der zulässigen Grenzlasten des Werkzeugs vor-genommen. Außerdem fließen die dafür berechneten Schnittkräfte und Schneiden-temperaturen in ein Modell zur Verschleißprognose ein. Zusammenfassend werden durch die Ergebnisse konkrete Potenziale für die zukünftige Weiterentwicklung der Zerspanungssimulation aufgezeigt.

The successful application of simulation for production processes in different manu-facturing methods has become increasingly important in recent years. On the one hand, a tool’s capability can be significantly increased by simulating the load it bears and optimizing the tool accordingly. On the other hand the simulation contributes to an essential part in dimensioning cost efficient process sequences through a reduc-tion of machining time and by extending sufficient process reliability. Two different approaches can be identified: machining simulations based on empirical-analytical equations and those realized by numerical methods such as FEA. Within the work presented here, a two-dimensional FEA model for simulation of milling with large con-tact width was developed, which also allowed automated modeling and results out-put.. Furthermore, the cutting force and cutting edge temperature for illustration of the mechanical and thermal tool load were calculated based on an empirical-analytical process simulation model. The feed speed can therefore be adjusted according to the engagement conditions and the acceptable critical tool load. In addition the calcu-lated cutting forces and cutting edge temperatures were integrated into a wear pre-diction model. In summary this work has demonstrated the concrete potential of ma-chining simulation.