Smarter Werkzeughalter

Der feinfühlige Werkzeughalter iTENDO ist in der Lage, den Zerspanungsprozess lückenlos zu überwachen, definierte Grenzwerte zu überwachen und bei Unregelmäßigkeiten eine adaptive Regelung von Drehzahl und Vorschub in Echtzeit zu ermöglichen. Ausgestattet mit Sensor, Akku und Sendeeinheit erfasst der smarte Werkzeughalter die Daten unmittelbar am Werkzeug, überträgt sie drahtlos via Bluetooth 4.2. an eine Empfangseinheit im Maschinenraum, von wo sie per Kabel an eine Regel- und Auswerteeinheit weitergeleitet werden.

Damit unterscheidet sich das System grundlegend von anderen Lösungen zur Prozessüberwachung. Während eine Überwachung der Stromaufnahme der Spindel nur diffuse Signale zum Schwingungsverhalten ermöglicht, liefert die intelligente Werkzeugaufnahme präzise Prozessdaten. Wie dies konkret aussieht, verdeutlichen Pilotapplikationen, die in Zusammenarbeit mit Anwendern im Schunk-Tec-Center in Lauffen realisiert wurden.

Vielfältige Pilotanwendungen

Adaptives Fräsen: Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit variierendem Aufmaß galt es bislang abzuwägen, ob die Priorität eher bei der Bearbeitungszeit oder bei der Oberflächenqualität liegt. Mit dem smarten Werkzeughalter lässt sich beides optimieren: Während schmale Bereiche schwingungsfreie Override-Werte von 100 Prozent ermöglichen, wird der Prozess bei breitem Aufmaß automatisch auf einen Override von 90 Prozent reduziert. Unterm Strich ergeben sich damit kurze Bearbeitungszeiten bei optimaler Oberflächenqualität und Werkzeugschonung.

Bohrsenken:Beim kombinierten Bohrsenken von dünnwandigen Großbauteilen in der Flugindustrie besteht die Gefahr, dass es mit zunehmendem Verschleiß des Werkzeugs oder labiler Aufspannung zu Rattermarken in der Senkung kommt. Wird der Prozess mit dem Werkzeughalter überwacht, kann bei auftretenden Schwingungen automatisch ein Schwesterwerkzeug eingewechselt werden oder eine Meldung an den Bediener erfolgen. Die Dokumentation von qualitätsrelevanten Merkmalen als Report pro Bauteil soll über eine App realisiert werden.

Mikrozerspanung: Bei der Bearbeitung von Injektordüsen mit Schneidendurchmessern kleiner als drei Millimeter besteht die Gefahr, dass Werkzeuge brechen, ohne dass dies über die universelle Prozessüberwachung der Spindel erkannt wird. Mit dem Werkzeughalter lässt sich nun sowohl ein Werkzeugbruch als auch ein zunehmender Werkzeugverschleiß präzise in Echtzeit erfassen. Über Trendauswertungen ist es möglich, das Erreichen der Verschleißgrenze zu bestimmen und einen rechtzeitigen Werkzeugwechsel zu veranlassen, ohne dass es zu Fehlteilen oder Werkzeugbruch kommt.

Entgraten: Meist entscheidet die Erfahrung des Bedieners darüber, wann Bürsten und andere rotierende Werkzeuge zugestellt werden. Mit dem Werkzeughalter lässt sich auch dieser Prozess automatisieren, diesmal jedoch in umgekehrter Logik: Über eine Trendauswertung erfasst der Werkzeughalter einen Rückgang der Schwingungen. Wird ein zuvor gesetztes Limit erreicht, wird die Büste automatisch zugestellt oder gewechselt.

Das Regelungsverhalten ist abhängig von der jeweiligen Maschinensteuerung. In der Regel liegt die mittlere Reaktionszeit bei 20 Millisekunden. Neben dieser Echtzeitregelung ergeben sich insbesondere im Bereich der Luft- und Raumfahrt-, auch in der Medizintechnik, wo sämtliche Prozesse exakt dokumentiert werden müssen, zusätzliche Vorteile: Über den Werkzeughalter lassen sich sämtliche Bearbeitungen erfassen und beispielsweise in Cloudlösungen dokumentieren. Die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten hat selbst Experten überrascht. Am Tec-Center in Lauffen ist man offen, zusätzliche Anwendungsfelder unter Laborbedingungen zu testen.

Einfach nachrüstbar

Der sensorische Werkzeughalter lässt sich denkbar einfach nachrüsten, ohne dass eine Modifikation oder ein Tausch von Maschinenkomponenten erforderlich ist. Er verfügt über identische Störkonturen wie konventionellen Werkzeugaufnahmen und kann bis 12.000 Umdrehungen pro Minute genutzt werden. Auch der Einsatz von Kühlschmiermittel ist wie gewohnt möglich.

Alle gängigen Spindelschnittstellen werden unterstützt. Die erforderliche Hardware ist direkt in den Werkzeughalter integriert, ohne dessen Eigenschaften zu beeinflussen. Komplettiert wird das System über einen Datenempfänger im Maschinenraum sowie eine Kontrolleinheit im Schaltschrank. Die Einstellung des Werkzeughalters und die Analyse von Daten erfolgen über ein Webinterface, das auf handelsüblichen PCs, Tablet Computern oder Smartphones verwendet werden kann. Im permanenten Einsatz liegt die Batterielebensdauer des Werkzeughalters bei zehn Stunden, im Standby-Betrieb im Werkzeugmagazin bei 14 Tagen.