Tobias Surmann Knihy

Das vorliegende Werk behandelt das Thema der Prozessdynamik und deren Simulation für Fräs- und Drehprozesse. Dabei wird auf mathematische und physikalische Grundlagen eingegangen, die für das Verständnis der auftretenden dynamischen Effekte notwendig sind. Ein deutlicher Fokus liegt in dieser Arbeit weiterhin auf der ausführlichen und verständlichen Herleitung der analytischen Berechnung von Stabilitätsdiagrammen für das Drehen und für das Fräsen nach der ZOA-Methode von Altintas sowie nach der SD-Methode von Insperger. Insbesondere wird die SD-Methode mit der geometrischen Frässimulation für die NC-Fräsbearbeitung vereinheitlicht, so dass die Berechnung von Werkzeugschwingungen entlang beliebiger NC-Programme ermöglicht wird. Mit dieser Simulation werden dann Effekte behandelt, die zu vermeintlich falschen Simulationsergebnissen führen, und es werden Möglichkeiten aufgezeigt, diese Probleme zu beheben bzw. zu umgehen.

Bei der Bearbeitung von Freiformflächen beeinflusst nicht nur der Zahnvorschub und die Spindeldrehzahl die Oberflächenqualität, sondern auch das Schwingungsverhalten des Werkzeugs. Starke Werkzeugschwingungen können zudem den Verschleiß der Schneiden und Spindellager negativ beeinflussen, weshalb sie vermieden werden sollten. Diese Arbeit stellt ein Simulationssystem vor, das das Schwingungsverhalten des Fräswerkzeugs für beliebige NC-Programme berechnet. Um den Zerspankraftverlauf präzise zu modellieren, wird eine syntaktische Modellierung der Spanungsformen (Constructive Solid Geometry, CSG) verwendet, die die Spanungsdicke und Zerspankraft zu jedem Zeitpunkt und Punkt auf der Schneide genau angibt. Werkzeugdeformationen können direkt und ohne Zeitverlust in das geometrische Modell integriert werden. Durch den Einsatz eines Oszillatormodells als Ersatz für das schwingende Werkzeug lassen sich regenerative Schwankungen der Spanungsdicke simulieren, was eine Vorhersage der Oberflächenqualität bei gegebenen Prozessparametern ermöglicht. Ein geometrischer Modellierungsansatz wird präsentiert, der realistische Oberflächenstrukturen erzeugt. Das System wird anhand experimenteller Ergebnisse verifiziert, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Realität festgestellt wird.