Virtual-Reality-gestützte Kinematik- und Materialabtragssimulation für Fräsmaschinen mittels Hardware-in-the-Loop

In dieser Arbeit wird erläutert, wie eine Simulationsumgebung zur realitätsnahen Prüfung von NC-Programmen mit Hilfe der Virtual Reality (VR)-Technologie realisiert werden kann. Dabei ist die reale NC-Steuerung, die sich bspw. an der Werkzeugmaschine befindet, auf der später das Werkstück gefertigt werden soll, Bestandteil der Simulation. Es werden zwei Konzepte für eine effiziente Ankopplung der NC-Steuerung an die Simulationsumgebung vorgestellt. Durch die Anbindung der realen NC-Steuerung an die Simulationsumgebung verfährt das virtuelle Maschinenmodell realitätsnah nach den direkten Vorgaben der NC-Steuerung. Neben der Umsetzung der Verfahrbewegungen der einzelnen Achsen des VR-Modells wird ein Konzept vorgestellt, wie sich eine echtzeitfähige VR-Materialabtragssimulation am Werkstück direkt mit flächenbasierten VR-Modellen realisieren lässt. Zusätzlich wird eine Materialabtragssimulation erarbeitet, die eine exakte Bewertung der NCProgramme nachträglich im CAD erlaubt. Anhand realer Zerspanversuche auf einer 3-Achs-Fräsmaschine wird die entwickelte Methodik verifiziert.

This thesis describes how to create a close to reality simulation environment for NC programs by using virtual reality technology. The real NC control unit, that controls the real machine tool at which the real work piece should be processed, is part of the simulation environment. Two ways for creating an effective coupling between the real NC control unit and the simulation environment will be presented. By using the real NC control unit, the virtual machine tool operates realistically due to the real axis values coming from the control unit. Besides the movements of the individual axis of the virtual machine model a concept will be presented that enables a realtime capable surface-based material removal simulation of the work piece in a virtual reality environment. In addition to that, a highly accurate offline CAD based simulation of the work piece enables an assessment of the surface quality of the virtual work piece and therefore of the NC program. The CAD based simulation allows a comparison of the simulated work piece with the target geometry in a CAD system. The developed method will be verified based on real cutting processes.