Forschungsprojekt »FixTronic«

Projektlaufzeit: 1.7.2016 bis 31.12.2018

Industrie 4.0 im Fräsprozess: Geringere Schwingungen durch aktive Dämpfung und angepasste Drehzahlen

Schwingungen während der Fräsbearbeitung mindern die Prozessleistungsfähigkeit und führen zu raueren Oberflächen sowie zu hohem Werkzeugverschleiß und Werkstückausschuss. Um Schwingungen zu minimieren wird in Unternehmen oft eine Trial-and-Error-Herangehensweise für die Prozessauslegung praktiziert. Das kostet Zeit und Geld. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT entwickelte im zweijährigen Forschungsprojekt »FixTronic« gemeinsam mit Partnern ein Spannsystem und eine Simulationssoftware, um Schwingungen während der Fräsbearbeitung systematisch zu minimieren und die Fräsprozesse stabiler und kostengünstiger zu gestalten

Ziel des Projekts »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 einerseits ein aktives Spannsystem für das Werkstück und andererseits eine Simulationssoftware, die die Spindeldrehzahl so optimiert, dass Eigenschwingungen des Werkstücks nicht angeregt werden.

© Fraunhofer IPT
Aktives Spannsystem mit Werkstück

© Fraunhofer IPT
Simulation der veränderten Werkstückdynamik

Vernetzte Spannsysteme mit aktiver Schwingungsdämpfung

Zur aktiven Stabilisierung des Fräsprozesses wurden Sensoren in ein Spannsystem integriert, mit denen sich der Zustand des Werkstücks während der Fräsbearbeitung überwachen lässt. Piezoaktoren erzeugen dann bei Bedarf eine gezielte Gegenschwingung auf dem 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 können vermieden werden, 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.

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, Paderborn
CP autosport GmbH, Büren
Innoclamp GmbH, Aachen
WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH, Aachen

FixTronic – Entwicklung eines flexiblen mechatronischen Spannsystems zur Selbstoptimierung eines Fräsprozess durch aktive Schwingungsdämpfung

EFRE-Projekt / 01. Juli 2016

FixTronic – Entwicklung eines flexiblen mechatronischen Spannsystems zur Selbstoptimierung eines Fräsprozess durch aktive Schwingungsdämpfung

Forschungsprojekt »FixTronic«

Industrie 4.0 im Fräsprozess: Geringere Schwingungen durch aktive Dämpfung und angepasste Drehzahlen

Vernetzte Spannsysteme mit aktiver Schwingungsdämpfung

Optimierung der Spindeldrehzahl

Projektpartner

FixTronic – Entwicklung eines flexiblen mechatronischen Spannsystems zur Selbstoptimierung eines Fräsprozess durch aktive Schwingungsdämpfung

Contact Press / Media

Semir Maslo M.Eng.

Contact Press / Media

Philipp Ganser M.Sc.