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Vortrag

Werkzeugintegrierte Sensorik zur Prozessüberwachung in der Zerspanung

Donnerstag (22.06.2017)
15:20 - 15:40 Uhr
Bestandteil von:


Bei Werkzeugmaschinen spielen zunehmend komplexe Regelungsalgorithmen eine Rolle. Statt Einzelkomponenten, z.B. Antriebe, zu regeln, steht immer häufiger die Regelung des Fertigungsprozesses im Sinne eines Qualitätsregelkreises im Vordergrund. Die Maschine passt ihr Verhalten selbstständig an, dass zu jedem Zeitpunkt eine qualitativ und produktiv optimale Bearbeitung erfolgt. Auch schwierige Aufgaben wie die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe können so effizient und produktiv erfolgen. Bisher muss dafür auf Sensorik zurückgegriffen werden, die weit weg von der Wirkstelle platziert ist, wie z.B. die Stromsignale der Antriebe oder eine Schwingungsmessung am Maschinengestell. Die für eine Prozessregelung notwendige zuverlässige und genaue Charakterisierung des Prozesszustandes ist damit nur ungenügend möglich.

Das Ziel aktueller Arbeiten besteht deshalb in der Entwicklung einer Technologie, mit der direkt unter der Wendeschneidplatte Kraftverlauf und Temperatur während der Bearbeitung erfasst werden. Als Sensortechnologie kommen piezokeramische Dickschichten und Aluminiumnitrid-Dünnschichten zum Einsatz. Beide Schichtsysteme besitzen piezoelektrische Eigenschaften und können deshalb zur Kraftmessung genutzt werden. Während die piezokeramischen Dickschichten eine hohe Sensitivität aufweisen, bieten Aluminiumnitrid-Schichten eine hohe Temperaturstabilität und eine hohe Festigkeit.

Das gemessene Signal wird direkt auf dem rotierenden Werkzeug vorverarbeitet. Mittels einer in den Werkzeugträger integrierten Elektronik wird das Signal verstärkt, gefiltert sowie komprimiert bzw. codiert. Für die Zuführung der notwendigen Energie von außen und für die Übertragung des komprimierten Messsignals sorgt eine drahtlose Übertragungsstrecke auf RFID-Basis. Auf der Maschinenseite wird das Kraftsignal wieder decodiert und an die Maschinensteuerung übergeben. Diese setzt das Signal in Relation zur aktuellen Bearbeitungsaufgabe und vergleicht den aktuellen Prozesszustand mit dem gewünschten Optimalzustand. Anhand der ermittelten Differenz leitet die Maschine selbsttätig eine geeignete Reaktion ab. So kann beispielsweise die Drehzahl der Hauptspindel oder der Vorschub der Antriebe angepasst werden.

 

 

 

 

Sprecher/Referent:
André Bucht
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Weitere Autoren/Referenten:
  • Martin Ettrichrätz
    Fraunhofer IWU
  • Dr. Sylvia Gebhardt
    Fraunhofer IKTS
  • Dr. Mandy Höhn
    Fraunhofer IKTS