Automatisierte Feinbearbeitung von komplexen Werkzeugen und Formen aus Stahl

Die Feinbearbeitung gefräster oder erodierter Werkzeuge und Formen wird in der industriellen Praxis derzeit durch manuelle Prozesse dominiert. Eine Automatisierung dieses finalen Fertigungsschritts birgt großes Potential hinsichtlich reproduzierbarer Bearbeitungsergebnisse und Gewinnung wirtschaftlicher Wettbewerbsvorteile. Bislang ist jedoch die Entwicklung einer automatisierten Lösung erheblich erschwert, da zwischen Unternehmen der Formenbaubranche, Lohnpolierunternehmen und wissenschaftlicher Forschung kaum ein Transfer von Prozesswissen stattfindet. Wissenschaftliche Ansätze beschränken sich daher vielfach auf die Erarbeitung von CAD/CAM-Lösungen für die Feinbearbeitung, ohne die eigentlichen Prozesszusammenhänge und Bearbeitungsstrategien sowie die sich daraus ableitenden Anforderungen an ein Fertigungssystem durchgängig zu beleuchten. Dies ist als einer der Hauptgründe anzusehen, warum gegenwärtig keine am Markt befindliche Lösung für die automatisierte Feinbearbeitung von komplexen Formen und Werkzeugen aus Stahl existiert. Genau hier setzt diese Dissertation an. Auf Basis bestehender Ansätze werden die technologischen Grundlagen erarbeitet, um eine zeit- und kostenoptimierte Feinbearbeitung qualitativ hochwertiger Werkzeuge und Formen aus Stahl zu ermöglichen. Die Realisierung einer automatisierten Feinbearbeitung erfordert die durchgängige Betrachtung prozess- und systemseitiger Zusammenhänge. Im Vordergrund der wissenschaftlichen Arbeit steht daher die Beantwortung der übergeordneten Fragestellung, wie und wodurch das Ergebnis einer automatisierten Feinbearbeitung von frei geformten Werkzeugen und Formen aus Stahl maschinen- und prozessseitig durch individuell angepasste Bearbeitungsstrategien beeinflusst wird. Zur Beantwortung dieser Forschungsfrage wurden die drei Hauptarbeitsgebiete, Prozesstechnologie, Maschinensystem und Bahnplanung identifiziert, die in einem ganzheitlichen Ansatz betrachtet werden. Mit Hilfe von prozesstechnologischen Voruntersuchungen konnte ein detailliertes Anforderungsprofil an ein Maschinensystem zur Feinbearbeitung erstellt werden. Die konsequente konstruktive Umsetzung dieser Anforderungen ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Prozesskinematiken bei gleichzeitiger Regelung der Prozesskräfte abzubilden. Durch den Aufbau eines Simulationsmodells und mit Hilfe mathematischer Modellierung besteht die Möglichkeit die Abtrags bestimmenden maschinenseitigen Kenngrößen im Hinblick auf eine optimierte Bahnplanung wissenschaftlich zu untersuchen. Den Abschluss der Arbeiten bildet die Feinbearbeitung von ausgewählten Demonstratorgeometrien sowie eine Analyse der Wirtschaftlichkeit des erarbeiteten automatisierten Ansatzes.