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DFG
FOR 1845
UP-HPC
DFG-Forschergruppe
FOR 1845
Ultra-Precision High Performance Cutting (UP-HPC)

Teilprojekt 5

Modellbasierte Korrektur von Werkzeugbahnen bei der Ultrapräzisionsbearbeitung

In Teilprojekt 5 sollen die Voraussetzungen für eine In-Prozess-Analyse des dynamischen Verhaltens der Werkzeugmaschine geschaffen werden, so dass die Prozesssicherheit schon vor dem Beginn der Bearbeitung gewährleistet und während des Bearbeitungsprozesses kontrolliert und gesteuert werden kann. Hierfür soll ein parametrisches Ersatzmodell der Maschinenstruktur und des Bearbeitungsprozesses entwickelt und anhand realer Fräsprozesse erprobt werden.

Dynamische Bahnabweichungen und Schwingungsanregung haben einen erheblichen Anteil an Form- und Oberflächenfehlern. Daher wird die Dynamik der Vorschubachsen bei der Ultrapräzisionsbearbeitung stark begrenzt. Zielsetzung der Forschergruppe ist die Steigerung der Vorschubgeschwindigkeiten in ultrapräzisen Fräsprozessen um den Faktor 10 auf bis zu 3.000 mm/min. Dazu werden im Teilprojekt 5 modellbasierte Regelungs- und Korrekturverfahren erforscht.

Aufbau des Ultrapräzisionskreuztisches
Bild 1: Aufbau des Ultrapräzisionskreuztisches

In der ersten Förderphase wurde in Zusammenarbeit mit TP 3 (Elektromagnetische Linearführung) ein 2-Achs-Positioniersystem aufgebaut (Bild 1). Eine umfassende Analyse und Modellbildung des Systems bildet die Basis für die Kompensation von statischen und dynamischen Fehlern. Zur fortlaufenden Sicherstellung höchster Modellgüte wurden Methoden zur online-Adaption der Zustandsraummodelle entwickelt. Die mit Hilfe der Modelle ermittelten Kompensationswerte werden der elektromagnetischen Linearführung (Teilprojekt 3) als Sollwert zugeführt.

Regelungsstruktur für die Ultrapräzisions-Bearbeitung
Bild 2: Regelungsstruktur für die Ultrapräzisions-Bearbeitung

In der zweiten Förderphase besteht das Ziel in der Reduzierung dynamischer Bahnabweichungen unter Berücksichtigung des Bearbeitungsprozesses und der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Vorschubachsen und Komponenten der anderen Teilprojekte. Dazu kommen eine achsübergreifende, modellbasierte Trajektorienfolgeregelung und adaptive Vorfilter zur Schwingungsreduzierung zum Einsatz (Bild 2). Zur Beurteilung des Achsverhaltens im Submikrometerbereich wird darüber hinaus ein an die Ultrapräzisionsbearbeitung angepasstes Messsystem erforscht, das auf Specke-Mustern basiert.

Forschungsstellen:

bime, Universität Bremen
Ansprechpartner: M Sc. Johannes Hochbein (hochbein@bime.de)

IFW, Leibniz Universität Hannover
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Per Schreiber (schreiber@ifw.uni-hannover.de)