Geometrisch-physikalische Simulation der Prozessdynamik für das fünfachsige Fräsen von Freiformflächen

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Bei der Bearbeitung von Freiformflächen beeinflusst nicht nur der Zahnvorschub und die Spindeldrehzahl die Oberflächenqualität, sondern auch das Schwingungsverhalten des Werkzeugs. Starke Werkzeugschwingungen können zudem den Verschleiß der Schneiden und Spindellager negativ beeinflussen, weshalb sie vermieden werden sollten. Diese Arbeit stellt ein Simulationssystem vor, das das Schwingungsverhalten des Fräswerkzeugs für beliebige NC-Programme berechnet. Um den Zerspankraftverlauf präzise zu modellieren, wird eine syntaktische Modellierung der Spanungsformen (Constructive Solid Geometry, CSG) verwendet, die die Spanungsdicke und Zerspankraft zu jedem Zeitpunkt und Punkt auf der Schneide genau angibt. Werkzeugdeformationen können direkt und ohne Zeitverlust in das geometrische Modell integriert werden. Durch den Einsatz eines Oszillatormodells als Ersatz für das schwingende Werkzeug lassen sich regenerative Schwankungen der Spanungsdicke simulieren, was eine Vorhersage der Oberflächenqualität bei gegebenen Prozessparametern ermöglicht. Ein geometrischer Modellierungsansatz wird präsentiert, der realistische Oberflächenstrukturen erzeugt. Das System wird anhand experimenteller Ergebnisse verifiziert, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Realität festgestellt wird.