Die steigende Komplexität moderner Fertigungsaufgaben erfordert eine immer exaktere Einstellung von Prozessparametern. Schon geringe Abweichungen führen zum Verlassen des stabilen Prozessfensters, sinkende Qualität und Produktivität sind die Folge. Am Markt verfügbare serientaugliche Prozessüberwachungssysteme beschränken sich auf die Auswertung der Motormomente von Spindeln und Vorschubachsen. Diese indirekte Messung von Zerspankräften lässt jedoch aufgrund hoher Messungenauigkeiten nur eine grobe Bewertung des Prozesszustandes zu. Verfügbare sensorgestützte Systeme wie Piezo-Dynamometer zur direkten Messung finden aufgrund ihrer hohen Kosten und des Integrationsaufwands nur schwer Anwendung in der Industrie.

 

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.

 

Kern des Systems SensoTool ist ein Sensorelement mit piezoelektrischen Schichten, das in direkter Nähe zur Wendeschneidplatte positioniert ist. Dieses Element ermöglicht die Messung hochdynamischer Kräfte von wenigen Newton bis drei Kilonewton. Die zu messende Kraft wird durch den piezoelektrischen Effekt in eine Ladung gewandelt, die direkt von der werkzeugintegrierten Elektronik gemessen und vorverarbeitet wird. Die gewonnenen Daten werden über eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle (NFC, Near Field Communication) an die Werkzeugmaschine übertragen.

 

Durch dieses System wird die Maschine befähigt, hochauflösende Prozessdaten in Echtzeit zu gewinnen und zu bewerten, wodurch komplexe Prozesseingriffe wie beispielsweise eine Anpassung des Zahnvorschubs ermöglicht werden.

Ziele

  • Messung von Schnittkräften direkt am Werkzeug mittels piezoelektrischer Sensorschichten
  • Kabellose Übertragung der Daten vom rotierenden Werkzeug bis in die Maschinensteuerung
  • Bewertung der Messsignale in der Maschinensteuerung
  • Ableitung einer geeigneten Reaktion im Sinne einer Prozessregelung

Nutzen

  • Wirkstellennahe Messung von Prozessgrößen auf rotierenden Werkzeugen
  • Robustes, hochdynamisches, hochgenaues Messsystem
  • Keine Verringerung der Werkzeugsteifigkeit
  • Drahtlose Energie- und Datenübertragung