Simulationsgestützte Analyse und Auslegung energieeffizienter NC-Fräsprozesse im Rahmen der Anpassungsplanung

Prozesssimulationen erlauben die Untersuchung verschiedener Varianten von Fertigungsprozessen und darauf aufbauende Optimierungen. Bereits vor der Durchführung von Anpassungsmaßnahmen kann so die effiziente Herstellung von Produkten ausreichender Qualität sichergestellt werden. Komplexe Planungsprozesse können außerdem beschleunigt werden. Bestehende Prozesssimulationen können die erzielbare Werkstückqualität, die Prozesszeit oder den Energieverbrauch von Fräsprozessen prognostizieren, ermöglichen aber keine umfassenden Analysen dieser Zielgrößen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein strukturientes Vorgehen zur simulationsgestützten Prozessauslegung entwickelt, um ein geometrisch-physikalisches Simulationssystem zur Analyse von Fräsprozessen für den Einsatz in der Anpassungsplanung zu qualifizieren. Hierzu wurden empirische Modelle der elektrischen Leistungsaufnahme und des Druckluftbedarfs verschiedener Fräsmaschinen entwickelt und zur Bestimmung des Energiebedarfs in das Simulationssystem integriert. Die zweischrittige Methodik ermöglicht schnelle, vereinfachte Prozessanalysen zur Auswahl in Bezug auf die Materialabtragsrate und die elektrische Leistungsaufnahme Pareto-optimaler Betriebspunkte. Durch ein Verfahren der morphologischen Filterung sowie Iterationsschleifen wurde sichergestellt, dass auch bei der anwendungsspezifischen Übertragung auf komplexe Fräsprozesse stabile Prozesse und eine gute Werkstückqualität erreicht werden konnten. Hierbei wurde die Anzahl der zu untersuchenden Betriebspunkte und somit die Rechenzeit durch ein geometrisches Filterungsverfahren reduziert. Validierungsversuche zeigten, dass die Prozesszeit und der Energiebedarf mittels des Simulationssystems prognostiziert und dieses zielführend zur Prozessauslegung eingesetzt werden konnten.