Dieses Umsetzungsprojekt ist Bestandteil unseres Verbundprojektes Cloudanwendungen für die Fertigung bei welchem Industrie 4.0 Technologien länderübergreifend vernetzt werden.

Motivation:

Das Wälzschälen ist ein produktives Verzahnverfahren mit bestimmter  Schneide, das die Produktivität des Wälzfräsens und die geometrische Flexibilität des Wälzstoßens vereinigt. Es eignet sich insbesondere für Innenverzahnungen und für außenverzahnte Werkstücke mit Störkontur. Zur Auslegung von Wälzschälprozessen liegt derzeit noch wenig Erfahrungswissen vor, da das Verfahren erst seit kurzem auf dem Markt verfügbar ist. Zudem sind die verfahrenstypischen Mehrschnittstrategien durch eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden charakterisiert.

Sowohl die Auslegung als auch die Führung von Wälzschälprozessen bedarf einer Softwareunterstützung. Da beide oftmals an unterschiedlichen Arbeitsumgebungen bzw. an unterschiedlichen Orten stattfinden, werden Daten bisher nicht zusammen-geführt sondern separat, redundant und dadurch oftmals fehlerbehaftet verarbeitet.

Zielstellung:

Der Auslegungsprozess kann durch Einsatz eines mathematischen Prozessmodells und einer Benutzersoftware unterstützt werden. Das Prozessmodell zur Software SkiveAll wurde am Fraunhofer IWU entwickelt. Es beinhaltet Algorithmen zur Auslegung von Wälzschälprozessen – von der Werkstückdefinition über die kinematische Auslegung bis hin zur Berechnung der Werkzeuggeometrie und der Funktionen zur Prozessanalyse. Die Software ist modular aufgebaut; zentraler Baustein ist das Auslegungsmodul. Hier wird auf Basis der Werkstück- und Verzahnungsdaten ein Technologievorschlag erarbeitet und anschließend in einer 3D-Umgebung auf Kollision geprüft. Als Ergebnis wird eine Schnittfolge inklusive aller Schnittwerte, Maschineneinstellungen und weiterer Informationen für jeden einzelnen Schnitt generiert. In einer Übersicht können Kosten, Zeiten und Werkzeugeinsatz für die einzelnen Technologievarianten verglichen werden.

Gleichzeitig können die Auslegungsdaten des Prozesses zur modelbasierten Prozessführung genutzt werden. Beispielsweise werden verschleißbedingte Änderungen der Zahndicke oder Änderungen von Achsabstand und Achskreuzwinkel durch Werkzeugnachschliff aus den Daten von Werkzeug und Technologie berechnet und kompensiert.

Vorgehen:

Die am Fraunhofer IWU entwickelte Anwendersoftware SkiveAll zur Auslegung von Wälzschälprozessen wird adaptiert und künftig auf der cloudbasierten Online-Umgebung Virtual Fort Knox installiert. Somit können die Auslegung, Umsetzung  und Optimierung von Wälzschälprozesssen standortübergreifend auf einer einheitlichen Datengrundlage und unter Nutzung des zentralen Prozessmodells genutzt werden.

Zur Verifikation des Ansatzes wurde die Grobauslegung des Referenzbauteils Hohlrad des Getriebeherstellers Chemnitzer Zahnradfabrik am Fraunhofer IWU durchgeführt.  Anschließend wurde die Auslegung beim Partnerunternehmen verifiziert sowie für den Werkzeughersteller freigegeben. Das fertige Wälzschälwerkzeug wird künftig auf Grundlage der Auslegungsdaten beim Getriebehersteller eingesetzt. Notwendige Optimierungsmaßnahmen und Fehlerkompensation werden somit modellbasiert durchgeführt und wieder in den Datenpool eingebracht, um somit als Erfahrungsgrundlage für die Auslegung künftiger Prozesse beizutragen. Die damit erstellte Datenbasis wird prototypisch mit dem Partner validiert und stellt gleichzeitig einen Ausgangspunkt für Konfigurationsszenarien anderer Anwender dar. Somit kann sukzessiv eine Integration von Daten in den Datenpool stattfinden und eine Auslegung von Werkzeugen mit vorhandenem Erfahrungswissen unterstützt werden.

Unternehmen

Chemnitzer Zahnradfabrik GmbH & Co. KG 

www.czf-getriebe.de

Konsortialpartner

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Ruben Bauer
+49 371 5397 1809
ruben.bauer@iwu.fraunhofer.de

 

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