Modellprädiktive Kraftregelung zum Schruppfräsen

 

Wie kann der Fräsprozess an seinem instantanen Produktivitätsmaximum geführt werden unter Berücksichtigung einer garantierten Qualität und Prozesssicherheit?

Dazu wurde im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ in Zusammenarbeit mit dem Institut für Regelungstechnik (IRT) eine Modell-basierte, prädiktive Regelung (MPC) zur Regelung der Aktivkraft zunächst beim zwei-achsigen Schruppfräsen untersucht. Dies stellt einen Paradigmenwechsel weg von einer reinen Regelung von Maschinengrößen (z.B. Position) hin zu einer Regelung von Prozessgrößen (Kraft) dar. Ziel ist es, den Vorschub so anzupassen, dass die Kraft möglichst nah an einer beliebigen Referenz bleibt, diese jedoch nie überschreitet. Dadurch kann die Durchbiegung des Fräsers begrenz und so die Einhaltung von Toleranzen garantiert werden. Die MPC löst dafür in jedem Schritt ein beschränktes Optimierungsproblem über einen kurzen Ausschnitt der des zukünftigen Werkzeugweges. Dies ist möglich, da die Eingriffsbedingungen entlang des Werkzeugweges über eine Durchdringungsrechnung bestimmt werden können. Unter Zuhilfenahme eines Modells des Maschinenverhaltens und der Prozesskraft kann so die unmittelbare Zukunft prädiziert werden. Das Modell der Prozesskraft muss zur Laufzeit identifiziert werden, um fortschreitenden Werkzeugverschleiß zu berücksichtigen. Mit dem System kann Fräsprozess sicher an seinem technologischen Limit geführt werden.

In zukünftigen Projekten soll die Regelung hinsichtlich des fünf-achsigen Fräsprozesses erweitert und untersucht werden. Ferner ist es erstrebenswert, die Kraft indirekt zu messen, um das Prozessmodell zur Laufzeit zu identifizieren.