Ein Ansatz zur wirkstellennahen Kraftmessung an rotierenden Werkzeugen wird im Projekt SensoTool entwickelt. Ziel des Projektes ist es, ein Kraft- und Temperaturmesssystem mit drahtloser Energie- und Datenübertragung in ein Planfräswerkzeug zu integrieren

Bild: Fraunhofer IWU

Zerspanen mit taktiler Sensorik Werkzeugmaschinen mit Tastsinn

25.07.2017

Fast so empfindlich wie die menschliche Haut: Das taktile Werkzeug SensoTool misst Prozesskräfte genau dort, wo sie auftreten. Fraunhofer Forscher sprechen deshalb von einem Paradigmenwechsel in der Prozessüberwachung.

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Millionen feiner Rezeptoren pro Quadratzentimeter Oberfläche machen die Haut zum perfekten Sensor. Ständig nimmt sie Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit, die Temperatur oder den Druck auf - erst dadurch wird es dem Menschen möglich, so filigran zu arbeiten. Nach diesem Prinzip haben Forscher Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU einer spanenden Werkzeugmaschine den Tastsinn beigebracht. Das so entstandene taktile Werkzeug SensoTool stellen sie am 17. August beim ersten Produktionstechnischen Gespräch Dresden vor.

Paradigmenwechsel in der Prozessüberwachung

„Bisher war es nicht möglich, Kenngrößen von Zerspanungsprozessen direkt im Prozess mit ausreichender Qualität und Quantität zu erfassen“, erklärt André Bucht. In der Zerspanung dominieren zur Prozessüberwachung bisher sensorlose Systeme. Die Kennwertermittlung erfolgt dabei nicht direkt in den kritischen Belastungszonen des Werkzeugs. Vielmehr werden Messgrößen wie das Drehmoment von Spindel und Vorschubachsen ausgewertet. Dadurch lassen sich oft nur sehr schwerwiegende Ereignisse wie ein Werkzeugbruch detektieren. Eine Echtzeit-Nachregelung des Prozesses ist nicht möglich. Sensorische Lösungen kommen wegen hoher Kosten und eines großen Integrationsaufwands bisher lediglich in Laboren zum Einsatz.

Prozesskräfte messen, wo sie auftreten

Herzstück des SensoTool-Systems ist ein Sensorelement mit piezoelektrischen Schichten, das direkt hinter der Wendeschneidplatte am Werkzeugträger positioniert ist. Die zu messende Kraft wird in eine Ladung gewandelt, die eine integrierte Elektronik anschließend vorverarbeitet. Die gewonnenen Daten überträgt das Werkzeug drahtlos via NFC-Schnittstelle (Near Field Communication) an die Maschine.

Somit ermöglicht das Sensorelement die prozessnahe Messung hochdynamischer Kräfte von wenigen Newton bis zu drei Kilonewton. Auf diese Weise kann SensoTool die aktuell wirkenden Schnittkräfte, die Temperatur an der Werkzeugschneide, aber auch Schwingungen des rotierenden Werkzeugs nahe der Wirkstelle erfassen.

Bildergalerie

  • SensoTool ermöglicht es der Maschine, hochauflösende Prozessdaten in Echtzeit zu gewinnen und zu bewerten. Dadurch lassen sich komplexe Prozesseingriffe wie die Anpassung des Zahnvorschubs sauber durchführen.

    Bild: Fraunhofer IWU

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