Werkzeugüberwachung in der Zerspanung
Werkzeugüberwachung in der Zerspanung
Werkzeugüberwachung in der Zerspanung
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werden Wirkleistungsmessgeräte e<strong>in</strong>gesetzt.<br />
Je nach Sp<strong>in</strong>delleistung s<strong>in</strong>d Bohrer<br />
bis herab zu Durchmessern von<br />
1 mm überwachbar, wobei alle 3 Phasen<br />
<strong>der</strong> Drehstrohmmotoren <strong>der</strong> Hauptsp<strong>in</strong>del<br />
und Werkzeugantriebe kontrolliert<br />
werden. Kle<strong>in</strong>ere Werkzeuge o<strong>der</strong><br />
fe<strong>in</strong>e Schlichtdrehoperationen werden<br />
mit alternativen Methoden überwacht.<br />
Hier tritt beson<strong>der</strong>s die Körperschallmessung<br />
<strong>in</strong> den Vor<strong>der</strong>grund. So können<br />
feststehende Werkzeuge über e<strong>in</strong>en auf<br />
dem Revolverkasten o<strong>der</strong> L<strong>in</strong>earschlitten<br />
fest montierten Körperschallsensor<br />
(SEA-M<strong>in</strong>i) kontrolliert werden.<br />
Falls es sich um angetriebene Bohrer<br />
handelt, sollte entwe<strong>der</strong> <strong>der</strong> Körperschall<br />
werkstückseitig vom Werkstücksp<strong>in</strong>delgehäuse<br />
aufgenommen werden<br />
o<strong>der</strong> über e<strong>in</strong>en Kühlschmierstoffstrahl<br />
als Schallwellenleiter unmittelbar am<br />
Werkzeug (Sensor SEH). Mit diesem patentierten<br />
Sensor (SEH) können selbst<br />
kle<strong>in</strong>ste Ausbrüche o<strong>der</strong> <strong>in</strong> Mehrsp<strong>in</strong>delbohrköpfen<br />
<strong>der</strong> Bruch e<strong>in</strong>zelner Bohrer<br />
erkannt werden. Unglaublich dünne<br />
Bohrer mit nur 0,09 mm Durchmesser<br />
werden hiermit kontrolliert.<br />
Bei <strong>der</strong> Bearbeitung gehärteter Werkstücke<br />
s<strong>in</strong>d teilweise we<strong>der</strong> die Körperschallmessung<br />
noch die Wirkleistungsmessung<br />
geeignet um kle<strong>in</strong>ste<br />
Ausbrüche im µm-Bereich zu erkennen.<br />
Dann wird e<strong>in</strong> Kraftaufnehmer unter<br />
dem Revolverkasten o<strong>der</strong> Werkzeugträger<br />
bzw. Dehnungsaufnehmer auf dem<br />
Revolverkasten montiert, um die schnellen<br />
Kraftspitzen beim Werkzeugbruch<br />
zu erkennen.<br />
Werkzeugbruchkontrolle<br />
bei Mehrsp<strong>in</strong>del-<br />
Drehautomaten<br />
Bei Mehrsp<strong>in</strong>del-Drehautomaten werden<br />
die zur Überwachung nötigen<br />
Daten meistens über die Kraftmessung<br />
ermittelt. Die Kraft wird normalerweise<br />
an den Kulissenhebeln gemessen, <strong>in</strong>dem<br />
<strong>der</strong>en elastische Biegung über leicht anschraubbare<br />
„Krallen“ erfasst werden.<br />
Das gilt beispielsweise für Masch<strong>in</strong>en<br />
von Schütte und Gildemeister. In Tornos-<br />
Mehrsp<strong>in</strong>dlern wird h<strong>in</strong>gegen die Vorschubbewegung<br />
übertragenden Stangen<br />
gemessen. Bohrer bis herab zu 2 -3 mm<br />
Durchmesser können hiermit kontrolliert<br />
werden. Alternativ werden <strong>in</strong> hydraulischen<br />
Vorschubantrieben (z. B.<br />
Schütte PC) die Vorschubkräfte über<br />
Hydraulik-Differenzdruckaufnehmer gemessen.<br />
Falls die Kräfte <strong>der</strong> Werkzeuge<br />
zu kle<strong>in</strong> se<strong>in</strong> sollten, hilft e<strong>in</strong>e Körperschallaufnahme<br />
am Werkzeughalter,<br />
o<strong>der</strong> aber die Körperschallaufnahme unmittelbar<br />
vom Werkzeug o<strong>der</strong> Werk-<br />
stück über e<strong>in</strong>en Kühlmittelschmierstoffstrahl<br />
als Schallwellenleiter (SEH).<br />
Werkstücklänge und Werkstückdurchmesser<br />
werden <strong>in</strong> Mehrsp<strong>in</strong>dlern<br />
mit fe<strong>der</strong>nden Tastern zwischen zwei<br />
Stationen beim Weiterschwenken <strong>der</strong><br />
Werkstücksp<strong>in</strong>deln kontrolliert. Der<br />
Fühler nennt sich „Pilz“ aufgrund se<strong>in</strong>er<br />
Form mit dem runden abgeflachten<br />
Kopf, an dem die Werkstücke vorbei<br />
gleiten. Der Pilzkopf fe<strong>der</strong>t bei <strong>der</strong><br />
Berührung mit dem Werkstück leicht<br />
zurück entsprechend z. B. <strong>der</strong> Länge des<br />
Werkstückes.<br />
Unterschiedliche<br />
Anwendungen verlangen<br />
verschiedene<br />
Auswertemethoden<br />
Die verschiedenen Sensoren erfor<strong>der</strong>n<br />
ausgeklügelte, aber <strong>in</strong> ihrer Anwendung<br />
nicht zu komplizierte und für den<br />
Anwen<strong>der</strong> nachvollziehbare Überwachungsstrategien.<br />
Der Nordmann Tool-<br />
Monitor verwertet die Daten <strong>der</strong> Sensoren<br />
und stellt sie als Grafik dar. Dieses<br />
Bearbeitungsdiagramm ist die Grundlage<br />
für die verschiedenen Überwachungsmethoden.<br />
Bewährt hat sich hierbei die Hüllkurventechnik,<br />
die <strong>in</strong> e<strong>in</strong>fachen Fällen<br />
durch geradl<strong>in</strong>ige Grenzwerte ersetzt<br />
werden kann. Die Grenzwerte kontrollieren<br />
entwe<strong>der</strong> die statische Höhe <strong>der</strong><br />
Messkurve, <strong>der</strong>en Mittelwerte o<strong>der</strong><br />
dynamische Signalanteile.<br />
Die Grenzen können graphisch mittels<br />
Touchscreen optimiert werden. Im Fall<br />
e<strong>in</strong>es falschen Alarms kann die verletzte<br />
Hüllkurvengrenze auch automatisch<br />
vom System korrigiert werden.<br />
Falls verschleißbed<strong>in</strong>gte Verän<strong>der</strong>ungen<br />
im S<strong>in</strong>ne e<strong>in</strong>er optimalen Brucherkennung<br />
bewusst kompensiert werden<br />
sollen, ist e<strong>in</strong>e automatische gleitende<br />
Anpassung <strong>der</strong> Hüllkurvengrenzen an<br />
die Messkurven aktivierbar. E<strong>in</strong>e<br />
weitere recht nützliche Eigenschaft ist<br />
die per Softwarefreischaltung nutzbare<br />
<strong>in</strong>tegrierte Masch<strong>in</strong>en- und Betriebsdatenerfassung.<br />
Damit kann von e<strong>in</strong>em<br />
zentralen PC <strong>der</strong> Betriebszustand<br />
(läuft/steht/Stillstandsgrund) <strong>der</strong> angeschlossenen<br />
Werkzeugmasch<strong>in</strong>en o<strong>der</strong><br />
die bereits gefertigten Stückzahlen betrachtet<br />
werden. Die Tool Monitore <strong>der</strong><br />
e<strong>in</strong>zelnen Masch<strong>in</strong>en müssen hierzu<br />
über e<strong>in</strong>e Busleitung vernetzt und mit<br />
e<strong>in</strong>em PC verbunden werden, dessen<br />
Daten dann über Ethernet vom Büro-<br />
PC e<strong>in</strong>sehbar werden.<br />
Die <strong>in</strong> diesem Beitrag beschriebenen<br />
Messmöglichkeiten beziehen sich<br />
nur auf Drehmasch<strong>in</strong>en. Für Rundtaktautomaten,<br />
Bearbeitungszentren und<br />
Schleifmasch<strong>in</strong>en stehen weitere Messwertaufnehmer<br />
und Überwachungsmethoden<br />
zur Verfügung. (9602-??)<br />
Bohrerbruchkontrolle durch Körperschallaufname<br />
über e<strong>in</strong>en Kühlschmierstoffstrahl als<br />
Schallwellenleiter (Nordmann-Patent).<br />
2 - Werkzeug Technik - 17 März 2006 17 März 2006 - Werkzeug Technik - 2