Smarter Bohren dank automatisierter Werkzeugüberwachung
Wer einen vorzeitigen Werkzeugwechsel oder Bauteilschäden wegen eines gebrochenen Tools vermeiden will, dem würde eine automatisierte Diagnose des Werkzeugzustands im laufenden Prozess helfen. An diesem Feature forschen die luxemburgischen Werkzeugspezialisten von CERATIZIT seit drei Jahren gemeinsam mit dem Materials Center Leoben (MCL), um eine verlässliche und leicht adaptierbare Werkzeugüberwachung für das Bohren zu entwickeln.
4. Nov. 2024Teilen
Die Entwicklung eines automatisierten Werkzeugüberwachungssystem ist alles andere als eine leichte Aufgabe. Bereits kleine Änderungen, beispielsweise eine andere Charge des zu bearbeitenden Werkstoffs oder ein anderer Maschinentyp, beeinflussen in der Regel die Standzeit. Für Anwender mit eingefahrenen Prozessen und großen Bauteilstückzahlen entwickelte CERATIZIT bereits das Prozessüberwachungssystem CERAsmart ToolScope, das den zeitlichen Verlauf sowie die Kräfte und Ströme der Werkzeuge dokumentiert.
Sobald sich der Prozess jedoch ändert, muss dieser Einfahrvorgang wiederholt werden. Anwender, die hauptsächlich kleine Stückzahlen fertigen, empfinden diese Lösung oft als zu umständlich.
Es gilt, schwere Schäden zu vermeiden
Mit den stetig steigenden Anforderungen an Qualität und Kosteneffizienz sowie aufgrund weiterer Faktoren wie Personalmangel wächst der Druck, Fertigungsprozesse zu automatisieren. Aber auch wenn aktuelle Werkzeugmaschinengenerationen bereits für die automatisierte Führung von Zerspanungswerkzeugen auf vorher definierten Pfaden vorbereitet sind und dieser Teil der Fertigung automatisch abläuft, ist die Aufsicht eines Bedieners für einen sicheren und produktiven Prozessablauf bislang unverzichtbar.
Schließlich sind einige Szenarien nicht vorhersehbar und viele Fragen vorab nicht zu beantworten: Wann lässt die Leistung der verwendeten Werkzeuge in kritischem Maße nach? Wann kommt es sogar zu Ausbrüchen an deren Schnittkanten? Oder wann bricht das Werkzeug komplett? Bleiben Schäden am Werkzeug unbemerkt, können die Folgen nicht nur eine deutlich reduzierte Produktivität sein, sondern auch mangelnde Oberflächenqualität verursachen bis hin zu folgenschweren Schäden durch überhöhte Kräfte und Biegemomente am Werkzeug und der Bohrspindel oder durch Kollisionen zwischen Spindel und Werkstück.
Informationsaustausch zwischen Anwender und Werkzeugmaschine
Um in Zukunft das Einfahren von Werkzeugen zur Prognose von Standzeiten einzusparen und den Maschinenbediener zu entlasten, sollten im Rahmen des „SmartDrilling“-Projektes universell gültige Modelle und Methoden entwickelt werden. Dazu wurden in der Zerspanung besonders gängige Bohrprozesse ausgewertet. Voraussetzung dafür ist eine bedeutende Weiterentwicklung im Informationsaustausch zwischen Anwender und Werkzeugmaschine mit dem Ziel, ein „Tool Condition Monitoring System“ zu entwickeln, dass den Schädigungszustand von Bohrwerkzeugen bereits während ihres Einsatzes anzeigt.
Als Basis dafür dienen von der Werkzeugmaschine aufgezeichnete Sensorsignale, die mit einer eigens entwickelten softwarebasierten Datenverarbeitungstechnik segmentiert werden, um sich in der Analyse ausschließlich auf die für den Werkzeugzustand relevanten Signale konzentrieren zu können.
Manuelle Intervention, Maschinenbestückung und Wartung werden optimiert
Der entwickelte Datenanalysealgorithmus liefert permanent Informationen zum aktuellen Stand der Werkzeugschädigung, die während des Bohrvorgangs stets aktualisiert auf einem Display dargestellt werden.
Noch bevor ein kritischer Schädigungszustand des Bohrwerkzeuges erreicht ist, ertönt ein laut hörbarer Alarm. Somit kann ein einzelner Anwender die prozesssichere Bedienung mehrerer Werkzeugmaschinen bewerkstelligen und seine zeitlichen Abläufe von manueller Intervention, Maschinenbestückung und Wartung optimieren.
Ökonomische und umweltrelevante Vorteile
Die Projektmanager des Materials Center Leoben (MCL) und von CERATIZIT räumen ein, dass es bis zu einem verkaufsfähigen Produkt noch ein langer Weg ist. Aber dank der vielen Erkenntnisse der vergangenen drei Jahre sei von ihnen mit dem in SmartDrilling realisierten Tool Condition Monitoring System bereits ein Meilenstein in Bezug auf die Steigerung der Effizienz von spanender Fertigung metallischer Bauteile gelungen.
Vor diesem Hintergrund prognostizieren sie, dass die beim Einsatz des Tool Condition Monitoring Systems generierten Kostenvorteile für fertigende Unternehmen entscheidend zur Wettbewerbsfähigkeit der hiesigen Industriebetriebe beitragen werden. Neben den zu erwartenden ökonomischen Vorteilen seien auch große umweltrelevante Einsparungen durch rechtzeitig nachgeschliffene Bohrer und vermiedenen Werkstück-Ausschuss zu erwarten.
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