Modellbasierte Qualitätsregelung in der spanenden Fertigung am Beispiel der Drehbearbeitung:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Modellbasierte Qualitätsregelung in der spanenden Fertigung am Beispiel der Drehbearbeitung
Autor: Sawodny, Oliver
Jahr: 1996
FORTSCHRITT- BERICHTE VW Dipl.-Ing. Oliver Sawodny, Nersingen Modellbasierte Qualitätsregelung in der spanenden Fertigung am Beispiel der Drehbearbeitung Reihe 2 : Fertigungstechnik Nr. 403 VW VERLAG
V Inhalt 1. Einleitung 1 2. Stand der Technik 4 2.1 Aufgabe und Definition der Qualitätslenkung 4 2.2 Regelkreisstrukturen in der Qualitätssicherung 4 2.3 Anforderungen an Regelkreise zur Qualitätslenkung 5 2.4 Verfahren zur Prozeßauslegung im Kontext der Qualitätslenkung 7 2.4.1 Prozeßauslegung in der Arbeitsplanung der spanenden Fertigung 7 2.4.2 Prozeß-Fehler-Möglichkeits-und-Einfluß-Analyse (P-FMEA) 8 2.4.3 Versuchsplanung 9 2.4.4 Regelkreis zur Qualitätslenkung und Prozeßauslegung 9 2.5 Verfahren zur Qualitätslenkung in der laufenden Fertigung 10 2.5.1 Heuristische Prozeßregelung in der spanenden Fertigung 11 2.5.2 Statistische Prozeß Steuerung (SPC) 12 2.5.3 Expertensysteme 13 2.5.3 Modellbasierte Qualitätsanalyse und Maßnahmenunterstützung 14 2.5.4 Regelkreis zur Qualitätslenkung und laufende Fertigung 15 3. Problemstellung 16 3.1 Voraussetzungen für eine Qualitätsregelung 16 3.2 Randbedingungen der spanenden Fertigung 16 3.3 Ziele einer Qualitätsregelung 17 4. Struktur einer modellbasierten Qualitätsregelung 18 4.1 Begriffe und Definitionen zur Modellierung 18 4.2 Allgemeine Betrachtung der Qualitätsregelung in mehrstufigen Fertigungssystemen 18 4.3 Teilkomponenten der Qualitätsregelung in der spanenden Fertigung 20 4.3.1 Spanender Fertigungsprozeß als Strecke 21 4.3.2 Methoden der Fertigungsmeßtechnik zur Messung der Qualitätsmerkmale 23 4.3.3 Meßergebnisanalyse und Maßnahmenentscheidung als modellbasierte Regelstrategie 25 4.3.4 NC-Steuerung für den Stellgrößeneingriff 25 4.4 Grundsätzliche Vorgehensweise beim Entwurf einer modellbasierten Qualitätsregelung 26
VI 5. Drehbearbeitung als Beispiel für die spanende Fertigung 29 5.1 Bearbeitungsverfahren 29 5.2 Qualitätsmerkmale beim Drehen rotationssymmetrischer Teile 30 6. Modell zur Beschreibung des Drehprozesses 32 6.1 Modellierung des Zerspanungsvorgangs 32 6.1.1 Zerspankräfte 32 6.1.2 Kienzlesches Schnittkraftgesetz 33 6.1.3 Modell zur Beschreibung der Passiv-und Vorschubkräfte 34 6.1.4 Modell zur Beschreibung der Oberflächenbeschaffenheit 3 8 6.2 Statischer Modellansatz zur Beschreibung qualitätsrelevanter Merkmale 40 6.2.1 Analyse von Prozeßstörungen mit Auswirkung auf die Geometrie 40 6.2.2 Fertigungstechnische Beschreibung der Offsetabweichung 41 6.2.3 Fertigungstechnische Beschreibung der Biegungsabweichung 42 6.2.3.1 Beschreibung der Werkstückgeometrie mit Grundgeometrieelementen 43 6.2.3.2 Differentialgleichung zur Beschreibung der Biegung 44 6.2.3.3 Lösung der Biegedifferentialgleichung für Werkstückabschnitte mit konstantem Querschnitt bei einseitiger Aufspannung 46 6.2.3.4 Lösung der Biegedifferentialgleichung für Werkstückabschnitte mit Kegel-Flächen bei einseitiger Aufspannung 48 6.2.3.5 Lösung der Biegedifferentialgleichung für Werkstückabschnitte mit Kugel-Flächen bei einseitiger Aufspannung 49 6.2.3.6 Numerische Lösung der Biegedifferentialgleichung bei beliebigen Geometrien 50 6.2.4 Analyse von Prozeßstörungen mit Auswirkung auf die Oberflächenbeschaffenheit 52 6.2.5 Fertigungstechnische Beschreibung der Rauheitsabweichung 53 6.2.6 Festlegung der Modellstruktur in Abstimmung mit der Regelaufgabe 53 7. Ansätze zum Entwurf von Qualitätsregelungen 56 7.1 Einfaches Beispiel zur Qualitätsregelung der Rauhtiefe 56 7.1.1 Struktur des Rauheitsregelkreises 56 7.1.2 Funktionsweise der Regelung in Anpassung an die betriebliche Struktur 57
VII 7.1.3 Meßergebnisse der einfachen Rauheitsregelung 59 7.2 Linearisierte Qualitätsregelung der Geometrie 62 7.2.1 Fertigungsaufgabe und zu regelnde Qualitätsmerkmale 62 7.2.2 Abweichungsmodell und zugelassene Abweichung 63 7.2.3 Geometriekompensation der Biegung 64 7.2.4 Startwertberechnung 67 7.2.5 Regelungsstruktur 67 7.2.6 Meßergebnisse 71 7.3 Linearisierte Geometrie- und Rauheitsregelung 75 7.3.1 Fertigungsaufgabe und zu regelnde Qualitätsmerkmale 75 7.3.2 Abweichungsmodell 76 7.3.3 Startwertberechnung 76 7.3.4 Regelungsstruktur 76 7.3.5 Meßergebnisse 78 7.4 Besondere Aspekte der Linearisierung und ihre Auswirkungen 81 7.4.1 Arbeitspunktnachfiihrung 81 7.4.2 Robustheit bei Schwankungen der Prozeßparameter 83 7.5 Geometrieregelung mit Schätzung der linearen Parameter und exakte Stellgrößenberechnung 84 7.5.1 Randbedingungen der Geometrieregelung mit Schätzung der linearen Parameter 84 7.5.2 Linearer Optimierungsansatz 85 7.5.3 Exakte numerische Stellgrößenberechnung 86 7.5.4 Regelungsstruktur 86 7.5.5 Meßergebnisse 87 7.6 Geometrieregelung bei beliebigen Werkstückgeometrien durch nichtlineare Parameterschätzung und exakte Stellgrößenberechnung 90 7.6.1 Fertigungsaufgabe und zu regelnde Qualitätsmerkmale 90 7.6.2 Voruntersuchungen und Abweichungsmodell 90 7.6.3 Startwertberechnung 92 7.6.4 Geometriekompensation 93 7.6.5 Nichtlinearer Optimierungsansatz 95 7.6.5.1 Problemstellung 95 7.6.5.2 Lösungsverfahren 95 7.6.5 3 Nebenbedingungen und Startwerte 96 7.6.5 4 Abspaltung eines linearen Teilproblems 96 7.6.5.5 Problemmodifikation 97 7.6.6 Regelungsstruktur 99 7.6.7 Meß-und Simulationsergebnisse 100 7.7 Geometrieregelung durch nichlineare Parameterschätzung mit Profilanalyse 105 7.7.1 Modifiziertes Abweichungsmodell 105
VIII 7.7.2 Modifizierter Optimierungsalgorithmus und Regelungsstruktur 106 7.7.3 Meßergebnisse 107 8. Zusammenfassung HO 9. Literaturverzeichnis 113
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