Modellierung, Simulation und Optimierung des dynamischen Verhaltens von spitzlosen Durchlaufschleifprozessen

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Eine Besonderheit des Spitzenlosschleifens ist die gleichzeitige Führung und Zerspanung des Werkstücks an seiner Mantelfläche. Die kontinuierliche Zuführung der Werkstücke und der Verzicht auf deren Einspannung macht das spitzenlose Durchlaufschleifen zu einem hochproduktiven Schleifverfahren und damit zu einem der wichtigsten Fertigungsprozesse der Automobil- und Wälzlagerindustrie. Das Bewegungsverhalten des Werkstücks und dementsprechend seine Rundheit nach dem Schleifvorgang hängt jedoch entscheidend von den geometrischen Einstellgrößen, den kinematischen Prozessparametern und dem dynamischen Nachgiebigkeitsverhalten der Maschine ab. Im Allgemeinen überlagern sich diese Einflüsse. Bis heute existiert keine geeignete mathematische Beschreibung des spitzenlosen Durchlaufschleifprozesses, auf deren Basis optimale Einstellungen des Schleifspaltes und der Maschine gefunden werden könnten. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist daher die mathematische Modellierung und Simulation des spitzenlosen Durchlaufschleifprozesses, um damit erstmalig eine quantitative Vorhersage der Form- und Maßabweichung des Werkstücks in Abhängigkeit der geometrischen und kinematischen Gegebenheiten des Schleifspaltes und dem statischen und dynamischen Last-Verformungsverhalten der Schleifmaschine treffen zu können. Neuartig sind zudem die räumliche Darstellung des Werkstücks bei kontinuierlicher, zeitbasierter Simulation sowie die Berücksichtigung von Änderungen der dynamischen Maschineneigenschaften in Abhängigkeit der Schleifposition. Gegenüber bestehenden zweidimensionalen Modellen des Spitzenlosschleifens können somit auch Verkippungen des Werkstücks innerhalb bzw. zwischen den einzelnen Schleifzonen sowie die Kräfteverteilung entlang der Kontaktlinien zur Schleif- und Regelscheibe bzw. zur Auflageschiene dargestellt werden. In der industriellen Praxis kann das Modell zukünftig dabei helfen, in technologisch sinnvollen Einstellungsbereichen jene Prozessparameter zu ermitteln, die zusätzlich ein Optimum der geometrischen und dynamischen Prozessstabilität sicherstellen. Zeitintensive Schleifversuche und entsprechend lange Ausfallzeiten der Maschinen könnten auf ein Minimum beschränkt werden. Ferner wird das Modell die bestehende Lücke in der Simulationskette von der Maschine zum Schleifergebnis schließen und bietet damit neben der Prozessoptimierung die Möglichkeit zur Bewertung der Leistungsfähigkeit neuentwickelter Maschinenkonzepte mit Hilfe virtueller Prototypen.