Aktive, modellbasierte Verschleißbeeinflussung beim Außenrundeinstechschleifen mittels elektromagnetischer Aktoren

Abstract

Als geometrisch unbestimmtes Bearbeitungsverfahren stellt das Schleifen einen abschließenden und qualitätsbestimmenden Fertigungsschritt dar. Im Prozess auftretende Schwingungen, wie sie beispielsweise durch den Regenerativeffekt verursacht werden, können die Prozesssicherheit und die Werkstückqualität deutlich senken. Dabei treten insbesondere in Rundschleifprozessen mit konventionellen Schleifmitteln (\zB Korund, Siliziumkarbid) selbsterregte, produktivitätsbegrenzende Schwingungen auf. Diese entstehen durch die Wechselwirkung zwischen dem Prozess und der dynamischen Nachgiebigkeit von Schleifmaschine und Werkstück. Schwingungen, hervorgerufen durch Welligkeiten auf dem Werkstück, kommen in Rundschleifprozessen nur in sehr niedrigen Frequenzbereichen vor und können deshalb durch passende Wahl der Prozessstellgrößen vermieden werden. Hingegen können Schwingungen, die zu einer Konturänderung der Schleifscheibe führen, in hohen Frequenzbereichen auftreten. Der vorgenannte Regenerativeffekt entsteht, verglichen mit dem werkstückseitigen Regenerativeffekt, langsam und führt erst nach längerem Fortschritt zu einer Reduktion der Oberflächenqualität des Werkstücks. Die Prognose und Vermeidung dieses werkzeugseitigen Regenerativeffektes stellt die Fertigung dennoch vor große Herausforderungen und kann nur durch häufige Abrichtzyklen oder reduzierte Zeitspanvolumina vermieden werden, was jedoch die Produktivität vermindert. Da das Schleifen am Ende der Wertschöpfungskette angesiedelt ist, kommt dem frühzeitigen Erkennen von regenerativen Prozessschwingungen eine besondere Bedeutung zu, um Ausschuss zu vermeiden und Durchlaufzeiten zu verringern. In dieser Arbeit werden Methoden zur frühzeitigen Erkennung dieser Schwingungen entwickelt und untersucht, welche die Realisierung von teil- oder vollautomatisierten Schleifprozessen ermöglichen. Darüber hinaus soll der Regenerativeffekt mithilfe einer modellbasierten Verschleißregelung und elektromagnetischer Aktoren derart beeinflusst werden, dass eine Bildung von Welligkeiten auf der Schleifscheibe vermieden wird.

Using conventional grinding wheels (corundum, silicon carbite), one of the most limiting factors in terms of productivity and process stability in cylindrical plunge grinding are self-excited vibrations. These vibrations are caused by regenerative effects during the process and can reduce productivity and workpiece quality. Workpiece oscillations induced by single grain-workpiece contacts and limited dynamic stiffness of the grinding machine copy on the grinding wheel surface. This results in a regenerative effect, where a further increasing waviness of the grinding wheel causes an increasing workpiece vibration. While the regenerative effect can also develop on the surface of the workpiece, the resulting frequencies are much higher when appearing on the grinding wheel surface. Thus, they are much more difficult to manage and put high requirements on process planning and demand for frequent trueing operations and reduced feed rates. In scope of this work, the development and evaluation of methods for early chatter detection is presented. Since the progress of the waviness on the grinding wheels surface progresses relatively slowly, it is possible to manipulate the process forces in an early stage of chatter development. Dynamic process forces applied to the workpiece by electromagnetic actuators are capable of influencing the workpiece movement and therefore, the wear. Hence, the development of wheel-sided chatter vibration caused by waves on the grinding wheel can be prevented. This ensures a chatter free, stable grinding process.