OpenSkiving: Open Source Software für das Wälzschälen
In Karlsruhe werden seit Ende der 90er Jahre Simulationswerkzeuge für das Wälzschälen entwickelt. Die Simulationsumgebung OpenSkiving ermöglicht die Analyse und Optimierung des Wälzschälens durch Berechnung der Relativbewegungen, sowie der Durchdringung von Werkstückhalbzeug und Werkzeug, woraus lokale Prozesskennwerte abgeleitet werden. Der offene Programmcode von OpenSkiving basiert auf einer Methode der geometrischen Durchdringungsrechnung und ermöglicht große Freiheitsgrade bei der lokalen Auswertung und flexiblen Anpassung an neue Anwendungsfälle. Die Umsetzung in MATLAB© bietet viele fortschrittliche mathematische Funktionen, sowie Bibliotheken für die anschauliche Darstellung und Ausgabe der Ergebnisse. Ergänzt ist das Programmpaket durch anschauliche 2D- und 3D-Darstellungen. Damit ermöglicht OpenSkiving die detaillierte Untersuchung, tiefgreifendes Verständnis und in der Folge die erfolgreiche Auslegung von Wälzschälprozessen und Werkzeugen.
Erzeugung der Werkzeugkontur durch Verschnitt an der Werkstücklücke
Die Teilmodule
OpenSkiving besteht aus vier Teilmodulen für die grundlegende Auslegung, Analyse und Optimierung des Wälzschälens. Zusätzlich bietet OpenSkiving noch einige Tools für erweiterte Darstellungen und alternative Eingabemöglichkeiten. Das erste Modul SkivingKin umfasst die Kinematik und Werkzeugkonturberechnung. Durch anschauliche Visualisierungen und Plausibilitätsprüfungen, wie der Freiflächeninterferenzkontrolle für zylindrische Werkzeuge, gelingt es dabei schnell den gewünschten Prozess auszulegen. Mit dem Teilmodul SkivingKinKor können die Auswirkungen von Kinematikfehlern oder Betriebsverlagerungen auf das hergestellte Verzahnungsprofil analysiert werden. Mit dem Tool SkivingKinKor_nach ist es möglich, Profilwinkelabweichungen einer gegebenen Kinematik zu berechnen, sodass entsprechende Korrekturwerte abgeleitet werden können. In dem Prozessanalysemodul SkivingSim wird zu einem berechneten Werkzeug eine Schnittstrategie definiert und für diesen Prozess die lokalen Prozesskenngrößen berechnet. Anhand dieser Kenngrößen und dreidimensionaler Darstellungen kann der Prozess und die Grenzen der Auslegung analysiert und verstanden werden. Die Kenngrößen korrelieren mit der Werkzeugbelastung und hergestellten Werkstückqualität. SkivingSim kann zur Identifikation kritischer Prozessbedingungen, wie beispielsweise Freiwinkelkollisionen oder der Unterschreitung der Mindestspanungsdicke genutzt werden. Diese Probleme treten lokalisiert auf und sind ohne eine dreidimensionale Simulation kaum von anderen Einflüssen zu trennen. Die Identifizierung und Quantifizierung dieser Probleme erlaubt eine gezielte und optimierte Prozessauslegung. Das vierte Teilmodul SkivingTopo erlaubt die dreidimensionale Topographieauswertung vorgegebener Zahnlücken. Hierbei kann auch ein Rundlauffehler des Werkzeugs berücksichtigt werden. Anschauliche Darstellungen erlauben die Analyse von Profil- und Flankenlinien an unterschiedlichsten Positionen und den direkten Abgleich mit Ihrem Verzahnungsprotokoll.
Nutzung von OpenSkiving
OpenSkiving besteht aus offen lesbaren und veränderbaren Matlab Dateien. Es existiert keine grafische Benutzeroberfläche. Die Eingabedaten werden wie in ein Formular in den Kopf des Programmcodes geschrieben. Die Ausgabe erfolgt in Grafiken und Tabellen. Die prinzipielle Nutzung von OpenSkiving ist schnell verstanden. Sie laden die Dateien herunter, die Hauptdatei der Teilmodule öffnen Sie mit Matlab und können direkt mit einem Anwendungsbeispiel starten. Die Ergebnisse werden in einem dem Teilmodul zugeordneten Unterordner in einem der Berechnung zugeordneten Subordner gespeichert, dessen Namen Sie im Kopf des Programms vorgeben. Eingabedaten wie die Verzahnungsgrößen des Werkstücks können Sie einfach anpassen und die Berechnung erneut starten. Sie wechseln zwischen den Teilmodulen, indem Sie die Ergebnisse des ersten Moduls SkivingKin in den Eingabeordner der weiteren Module kopieren und im Kopf den Dateinamen der kopierten Datei angeben. Danach können Sie beispielsweise in der Prozessanalyse SkivingSim die Zustellstrategie des Prozesses anpassen. Eine Herausforderung des Wälzschälverfahrens besteht auch mit der Simulation: Der Anwender muss ein Verständnis für den Zerspanungsprozess und das Wälzschälen besitzen, um die Simulationsergebnisse zu interpretieren und den Prozess entsprechend anzupassen. OpenSkiving ist somit ein Expertenwerkzeug für Forschung, Entwicklung und Prozessauslegung. Auf Ihrem Weg zum Prozessexperten und bei der Anwendung von OpenSkiving möchten wir Sie durch unser Trainingsprogramm gerne unterstützen .
