Abteilung Simulations- und Prozessentwicklung

Der Forschungsschwerpunkt der Abteilung Simulations- und Prozessentwicklung liegt in der simulationsbasierten Analyse und Optimierung von NC-Bearbeitungsprozessen mit geometrisch bestimmter und unbestimmter Schneide (Abb.). Die Entwicklungen und Forschungsergebnisse im Bereich der virtuellen und realen Fertigung werden dabei in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit von Ingenieuren, Informatikern und Statistikern durchgeführt und erarbeitet.

Abb.: Forschungsschwerpunkte der Abteilung Simulations- und Prozessentwicklung

Grundlagenuntersuchungen zu Bearbeitungsprozessen, beispielsweise dem Mikrofräsen von gehärtetem Schnellarbeitsstahl, gehören ebenso wie die Entwicklung innovativer Prozesse zur gezielten Einbringung von Oberflächenstrukturen auf Freiformflächen mittels Hochvorschub- und Mikrofräsen, Schleifen oder Verdichtungsklopfen zu den Forschungsaktivitäten dieser Arbeitsgruppe.

Einen wesentlichen Schwerpunkt stellt die Entwicklung von Prozesssimulationen zur Analyse und Optimierung von Fertigungsverfahren dar. Zur Analyse der simultan mehrachsigen Mikro- und Makrofräsbearbeitung komplexer Bauteilstrukturen, wie sie beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau oder in der Luftfahrttechnik gefordert werden, wird ein Simulationssystem ständig weiterentwickelt. Mit diesem können die wechselnden Eingriffsbedingungen während der NC-Bearbeitung komplexer Freiformflächen und die daraus resultierenden Werkzeugbelastungen, Temperatureinflüsse sowie der auftretende Werkzeugverschleiß untersucht werden. Dabei stellen die Modellierung und Analyse regenerativer Schwingungseffekte resultierend aus der Interaktion zwischen Materialabtrag und dem dynamischen Verhalten des Werkzeug-Werkstück-Maschine-Systems ein zentrales Forschungsthema dar. Neben der Frässimulation werden ebenfalls Simulationsmodelle für Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide – wie Schleifen und Honen – zur Vorhersage der resultierenden Oberflächentopographien entwickelt.

Das Einsatzgebiet dieser Simulationssysteme besteht nicht nur in der Analyse von Fertigungsprozessen und gegebenenfalls der Anpassung von Prozessparameterwerten. Das Ziel der Entwicklungen besteht auch darin, die Simulation der Fertigungsprozesse bereits vor der eigentlichen Bearbeitung zur Prozessauslegung sowie zur Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Aufspannvorrichtungen zu nutzen. Auch die Kopplung von Prozessmodellen mit Sensorik zur Prozessüberwachung und die Qualifizierung der Simulation für den Fabrikplanungsprozess stellen gerade im Zeitalter von Industrie 4.0 ein aktuelles Forschungsthema dar. Damit werden die Einsatzmöglichkeiten von Prozesssimulationen – von der detaillierten Analyse an der Werkzeugschneide über die Auslegung von Aufspanneinrichtungen und Maschinenkonzepten bis hin zur Fabrikplanung – in verschiedenen Grundlagenforschungsprojekten und industrienahen Kooperationen wesentlich erweitert.

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