Fraunhofer-Gesellschaft

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Prozesssteuerung für die laserunterstützte Fräsbearbeitung

Echtzeit-Synchronisation von Laser und Zerspanungsprozess
 
: Brecher, C.; Rosen, C.-J.; Lindemann, D.; Emonts, M.

VDI-Z integrierte Produktion 152 (2010), No.7/8, pp.59-62
ISSN: 0042-1766
German
Journal Article
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Ein neuartiges Maschinensystem gestattet die laserunterstützte Endbearbeitung hochfester Werkstoffe im Fräsprozess. Aufbauend auf prozesstechnologischen Grundlagenuntersuchungen und der Umsetzung eines Spindel-Werkzeugsystems mit integrierter Laserstrahlführung wird eine Echtzeit-Prozesssteuerung für die laserunterstützte Fräsbearbeitung entwickelt. Diese erlaubt erstmalig die energieeffiziente und flexible Bearbeitung im laserunterstützten Fräsprozess. In dem von der Volkswagenstiftung geförderten Projekt >CeraSurf< wurde am Fraunhofer IPT der RWTH Aachen, (DE), die mögliche Leistungssteigerung durch einen neuartigen verfahrenstechnischen Ansatz sowie ein Systemkonzept für die laserunterstützte Fräsbearbeitung auf einem Maschinensystem mit integrierter Laserstrahlführung untersucht. Im Fokus stand die Entwicklung einer hybriden Spindel- und Werkzeugtechnologie, durch deren Einsatz schwerzerspanbare Werkstoffe wie Ni-Basis-, Titanlegierungen und Si3N4-Keramik wirtschaftlich besser nutzbar gemacht werden sollen. Die Entwicklung, Umsetzung und Qualifizierung eines Prozesssteuerungssystems, das die Anwendung der laserinduzierten Entfestigung des Spanungsvolumens bei komplexen Fräsoperationen und flexiblen Bearbeitungsbahnen erlaubt, wird beschrieben. Bei dem am Fraunhofer IPT entwickelten Verfahrensansatz wurde über eine hochintensive lokale Bestrahlung der Spanungsfläche während des Bearbeitungsprozesses die Beeinflussung gezielt auf den Bereich der Zerspanungszone beschränkt. Für größtmögliche Energieabsorption muss der Laserstrahl nach Möglichkeit orthogonal auf der Schnittfläche einfallen. Dafür muss zum einen die prozessnahe Laserstrahlführung im Werkzeug sowie im Spindelsystem integriert stattfinden und optisch-mechanisch über werkzeugintegrierte Reflektoren mit der rotierenden Fräserschneide gekoppelt werden. Zum anderen müssen der umlaufende Laserbrennfleck und die rotierende Schneide steuerungstechnisch synchronisiert werden. Die Hauptfunktion des Steuerungssystems bildet die prozesssynchrone Ansteuerung der Laserquelle. Zur Sollwertberechnung wird ein experimentelles Steuerungssystem von dSpace genutzt. Über digitale und analoge Schnittstellenkarten geschieht die Kommunikation prozessrelevanter Signale mit der Steuerung der Laserquelle und der CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine, der Abgriff von Achs- und Spindelpositionen sowie die Verknüpfung mit der HMI-Oberfläche.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-139694.html