Karriere am WZL

 

Masterarbeit oder Bachelorarbeit

am Forschungsbereich Technologie der Fertigungsverfahren, Abteilung Zerspantechnologie, Gruppe Produkt- und Prozessüberwachung
 

Statistische Wirtschaftlichkeitsuntersuchung verschiedener Optimierungs- und Regelungskonzepte beim Fräsen

Hintergrund:

Das Fräsen ist einer der flexibelsten Fertigungsprozesse zur Metallverarbeitung. Damit können komplexe Freiformflächen, wie sie bspw. im Flugzeug- und Automobilbau vorkommen, hergestellt werden. Die Prozesskraft ist beim Fräsen von zentraler Bedeutung. Sie beeinflusst die Qualität und über den Vorschub insbesondere die Produktivität.

Durch die komplexe Geometrie und die dadurch wechselnden Eingriffsbedingungen des Fräsers, ändert sich die Prozesskraft sehr schnell. Deshalb Fertigungsprozess wird in der Regel sehr konservativ ausgelegt, um den Bruch eines Werkzeugs zu verhindern. Dadurch wird die Produktivität eines Werkzeugs nicht optimal ausgenutzt. Eine Offline-Optimierung der Parameter ist möglich, kann jedoch keinen Werkzeugverschleiß oder Chargenbedingte Schwankungen der Materialeigenschaften berücksichtigen.

Seit den 1980er Jahren werden zunehmend Regelungen der Prozesskraft für das Fräsen untersucht. Die schnell wechselnden Eingriffsbedingungen (und dadurch die sich schnell ändernde Kraft) stellt das Regelungssystem vor große Herausforderungen. Mit konventionellen Regelungssystemen ist eine konstante Prozesskraft nicht zu erreichen. Daher werden am WZL fortschrittliche Prozessregelungen für das Fräsen untersucht: Modellprädiktive Regelung.

Die Idee einer Modellprädiktiven Regelung (MPC) ist es, mit einem Prozessmodell kurzzeitig in die Zukunft zu schauen und so die Regelgröße (Kraft) frühzeitig anzupassen. Dafür wird mit Hilfe einer Durchdringungsrechnung die zu erwartenden Eingriffsgrößen simuliert. Identifiziert man nun während der Fertigung ein Prozesskraftmodell, so kann – in Kombination mit den Eingriffsgrößen – die zukünftige Kraft geschätzt werden. Da das Modell alle drei Fräserumdrehungen neu aufgebaut wird, werden Störungen wie Verschleiß implizit berücksichtigt. Mit dem System kann eine konstant hohe Prozesskraft erreicht werden, ohne die Belastungsgrenze des Werkzeugs zu überschreiten.

 
Aufgabe:

Um den Nutzen einer solchen Regelung quantitativ zu belegen, werden im Spätsommer am WZL Standzeituntersuchungen durchgeführt. Dabei werden Fräser bis zu ihrem Standzeitende eingesetzt und der Verschleiß kontinuierlich gemessen. Es werden verschiedene Strategien untersucht: Geregelt, ungeregelt, mit offline-Parameteroptimierung, etc. Anschließend wird die Standzeit, die Werkzeugbelastung, die geometrische Maßhaltigkeit des Bauteils, sowie die Randzone untersucht. Die Ergebnisse werden anschließend statistisch ausgewertet, sodass eine quantitative Aussage über den wirtschaftlichen Nutzen einer Regelung getroffen werden kann.

Diese umfangreichen Versuche bieten eine gute Gelegenheit Deine Interessen und Fähigkeiten im Rahmen einer studentischen Arbeit einzubringen. Die Aufgabe kann auf Dein Studium und deine Erfahrungen angepasst werden. In der Wahl des Verarbeitungsprogramms bist du frei – bei der Verwendung von Matlab kann ich dich gerne unterstützen. Das Vorgehen und die Auswertungsmethoden stimmst Du mit mir ab. Hier kannst du Dein im Studium erworbenes Wissen direkt anwenden. Von einer Kostenrechnung bis zur detaillierten Auswertung von Kraftmessschrieben oder Gefügeschliffen ist alles möglich.
 
Voraussetzungen:

• Motivation und Einsatzbereitschaft
• Interesse am Programmieren (Vorkenntnisse in Matlab von Vorteil aber nicht Voraussetzung)
• Interesse an Regelungstechnik und ihrer Anwendung

Geboten wird:
• Umfangreiche Betreuung
• Mitarbeit an einem aktuellen Forschungsthema
• Die Anwednung von im Studium erlerntem Wissen in der Praxis
• Sehr gutes Arbeitsklima
Zeitaufwand: 300,00 Arbeitsstunden

Ansprechpartner(in):
Max Schwenzer
 
Herwart-Opitz-Haus 53B 314
Tel.: +49 241 80-28021
Fax: +49 241 80-22293
Mail: M.Schwenzer@wzl.rwth-aachen.de