5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

Werden traditionelle Herstellungsverfahren wie die Fräsbearbeitung um digitale Systeme ergänzt, lässt sich nicht nur der Produktentwurf erleichtern, sondern auch die Qualität der Produkte verbessern – bei gleichzeitig längeren Werkzeug-Standzeiten.

Beim Fräsen bündelt sich oft die gesamte Energie des Prozesses auf einem kleinen Bereich der Werkzeugschneide. Dies führt zu einem schnellen Verschleiß des Werkzeugs. Würde sich die Energie des Fräsprozesses über die gesamte Werkzeugschneide verteilen, verlängere sich auch die Standzeit des gesamten Fräswerkzeugs. Hilfreich wäre es zudem, jederzeit über Informationen zum Grad des Werkzeugverschleißes zu verfügen, beispielsweise im CAM-System. Denn so ließen sich Kugelfräsköpfe erst dann austauschen, wenn sie komplett verschlissen sind.  Um längere Werkzeug-Standzeiten ohne Qualitätseinbußen zu erreichen, startet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT gemeinsam mit einem Industriekonsortium das Forschungsprojekt "OptiWear": Dafür entwickeln die Partner sowohl die Technologie als auch eine Simulations-Software zum 5-Achs-Fräsen weiter. Mit Hilfe eines künstlichen neuronalen Netzes identifiziert die Software genau die Abschnitte der Werkzeugschneide, für die ein besonders hoher Werkzeugverschleiß zu erwarten ist. Das Netz lernt dadurch, den Werkzeugverschleiß beim Fräsen präzise vorherzusagen und die Werkzeugbahnen so anzupassen, dass sich der Verschleiß auf einen großen Bereich der Schneide verteilt. 

Leicht integrierbar: Schnittstellen zu bestehenden CAM-Systemen 

Die Forscher kombinieren die Informationen des neuronalen Netzes mit einer eigens am Fraunhofer IPT entwickelten Simulationsplattform für 5-Achs-Fräsprozesse, SimCutPro. Das Software-Modul wird in das CAM-System integriert, um einen automatisierten und durchgängigen Ablauf der Produktionsplanung zu gewährleisten. Da SimCutPro bereits über Schnittstellen zu CAM-Systemen verfügt, können Unternehmen das neue Modul leicht in ihre Produktion integrieren, wenn sie die Simulationssysteme bereits nutzen.

Durch den geringeren Verschleiß der Werkzeugschneide lassen sich Werkstücke präziser fräsen und die längeren Werkzeugstandzeiten führen zu einer verbesserten Produktqualität sowie geringeren Herstellungskosten. Das neue Software-Modul baut auf einem ähnlichen Modul auf, das das Fraunhofer IPT bereits für Drehprozesse entwickelt hat. Die Wissenschaftler sind daher überzeugt, dass sich das Funktionsprinzip auch auf andere Bearbeitungstechnologien übertragen lässt. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Förderinitiative KMU-innovativ von Juli 2017 bis Juni 2019 gefördert.