Intelligentes Sensorsystem zur störgrößeninvarianten Konditionierung von Eigenspannungszuständen bei der Zerspanung von Ti-6Al-4V

In diesem Forschungsvorhaben soll der Eigenspannungszustand des Werkstoffes Ti-6Al-4V im Außenlängsdrehprozess prozesssicher und verschleißunabhängig (störgrößeninvariant) eingestellt werden, indem mittels eines Sensorsystems aus akustischen Sensoren die Segmentspanbildungsfrequenz als Prozesskenngröße erfasst, mit Hilfe des Prozesswissens der Einfluss des Verschleißzustandes des Werkzeuges als Prozessstörgröße bestimmt und durch die Regelung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit sowie des Span- und Einstellwinkels als Prozessstellgrößen ausgeregelt wird. Das akustische Signal wird mit Hilfe eines Softsensors mit einem primär durch FE-Simulationen erzeugten Prozesswissen verarbeitet, um die erforderliche Führungsgröße zur Einstellung des auf die Bauteilrandschicht wirkenden thermo-mechanischen Lastkollektivs zu bestimmen, sodass durch Anpassung der Prozessstellgrößen der Randschichtzustand und damit das Bauteilverhalten unter Wechselbelastung unabhängig von einer werkzeugverschleißbedingten Werkzeuggeometrieveränderung auf konstant gutem Niveau gehalten werden kann.
Ziele der beantragten zweiten Projektphase sind die Erweiterung des Prozessmodells um generische Werkzeuggeometrien, die einem breiten Bereich an anwendungsrelevanten WSP-Geometrien entsprechen, die Erweiterung der Signalverarbeitung zu einer Echtzeitverarbeitung und -auswertung der Messsignale (Softsensorik), die zuverlässig Störgeräusche wie Spankollisionen, durch Kühlschmierstoffe verursachte Geräusche und Schneidenein- und -austritte, wie sie bspw. beim Zerspanen im unterbrochenen Schnitt auftreten, identifizieren und von den für die Softsensorik relevanten Signalen separieren kann, sowie ein robustes Prozessregelungssystem, welches nach einer KI-unterstützten Systemidentifikation des dynamischen Verhaltens des Softsensors und der Aktuatorik durch automatisches Kalibrieren und Justieren den anfänglichen Material- und Werkzeugzustand in Echtzeit berücksichtigt, um die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten sowie mit Hilfe einer piezoelektrischen Aktuatorik den Einstell- und Spanwinkel prozesssicher im Hinblick auf die resultierenden Eigenspannungszustände zu regeln.