DefCon – Deformationskontrolle zur Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit bei dünnwandigen Werkstücken

Bei der Drehbearbeitung werden Spannfutter für eine sichere Einspannung der Werkstücke eingesetzt. Dabei stellt das Spannfutter als Schnittstelle zwischen Werkstück und Drehspindel eine wesentliche Einflussgröße auf die erzielbare Fertigungsgenauigkeit dar. Als Ursache für auftretende Maß- und Formabweichungen lässt sich vor allem die aufgebrachte Spannkraft zum Fixieren des Werkstücks nennen.

Die Spannkraft führt zu einer elastischen Verspannung des Werkstücks im Spannfutter. In diesem verspannten Zustand wird das Werkstück der spanenden Bearbeitung unterzogen. Nach dem Lösen der Einspannung wird durch die elastische Rückfederwirkung des Werkstücks die Bauteilverspannung abgebaut. Hierbei findet eine Deformation des Werkstücks statt, die die erreichbare Maß- und Formabweichung des Werkstücks herabsetzt.

Insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken wird die Spannkraft daher bisher oftmals iterativ eingestellt bis die Fertigungstoleranzen eingehalten werden. Bei kleinen Losgrößen führt dies zu erhöhten Fertigungskosten bzw. Ausschuss durch zusätzliche Aufwände beim Prozesseinfahren.

Zielsetzung des Projekts

Ziel des Projektes ist ein neues Spannfutter zur Regelung von Werkstückdeformationen. Dazu wird ein neuer Aktor entwickelt, der im Vergleich zu bisherigen Spannfuttern eine deutlich präzisere Einstellung der Spannkraft ermöglicht. Hierdurch wird es erstmals möglich Spannkraftschwankungen, wie sie bisher bei der manuellen Justage der Spannkraft auftreten, deutlich zu mindern. Für die Fertigungspraxis ergibt sich mit dem neuen Aktor eine höhere Reproduzierbarkeit der Werkstückspannung.

Darauf aufbauend implementieren wir die Deformationsregelung. Ziel ist es, dass das neue Spannfutter z. B. anhand einer vorgegebenen Fertigungstoleranz automatisch die optimale Spannkraft einstellt. Für Anwender des neuen Spannfutters kann die Deformationsregelung als Assistenzsystem dienen, die das Bedienpersonal bei der Prozesseinrichtung entlastet.

Vorteile für Unternehmen

• Prozesssicherheit – Minderung von Spannkraftunsicherheiten
• höhere Produktivität - geringerer Ausschuss

Vorgehen

Im Projekt DefCon entwickeln und erforschen wir ein neues Spannfutter zur Regelung von Werkstückdeformationen. Dazu entwickeln und integrieren wir zunächst einen neuen Aktor in das Spannfutter, der eine präzise Regelung der Spannkraft ermöglicht.

Darauf aufbauend wird der Zusammenhang zwischen Werkstückgeometrie (zum Beispiel Werkstückdurchmesser), Spannkraft und resultierender Werkstückdeformation experimentell analysiert und in Form eines Kennfeldes überführt. Mit dem Kennfeld ist es anschließend möglich, anhand einer gegebenen Werkstückgeometrie sowie Soll-Deformation die optimale Soll-Spannkraft zu berechnen.

Durch die Regelung der Spannkraft regeln wir somit auch die Werkstückdeformation. Die Regelung der Werkstückdeformation wird zunächst anhand von ringförmigen, dünnwandigen Werkstücken erprobt.

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Kontaktieren Sie Eike Wnendt per E-Mail an wnendt@ifw.uni-hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18257.