Tech. Informationen
                           Intelligente Werkzeuge
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Wir haben schon intelligente Werkzeuge,

die Ihnen bis zu 40 Prozent Kostenersparnis bringen.                                                                     

 

Sensor Tool nennt sich ein Werkzeugsystem, bei dem Beschädigungen direkt                                   

an der Schneide erkannt werden und dies direkt an die CNC weitergemeldet wird.

So lässt sich vor allem in der Serienfertigung die Schneidplattenkante vollständig –

ohne Sicherheitspuffer – ausnutzen.

Mit dem so genannten Sensor-Tool-System hat Kyocera, speziell für die Serienfertigung

im Automotive-Bereich eine intelligente Wendeschneidplatte zur Gussbearbeitung entwickelt.

Eine Anwendung ist die Bearbeitung von Bremsscheiben. Hierbei erkennen integrierte

Sensoren eventuelle Beschädigungen an der Platte, einen überhöhten Verschleiss und

sogar Mikrorisse.                                                                                                                    

Bis zu 40 Prozent beträgt Ihre Kostenersparnis.

Während bei herkömmlichen Schneiden die Kante nur bis zu 70% genutzt wird und 30% als Sicherheitspuffer eingeplant werden, um den Prozess sicher zu gestalten, ist dieser Schneidplattentyp sozusagen bis zu seinem vollständigen Ende und damit bis zu 100% nutzbar. Das spart in der Serienproduktion erheblich Geld. Ein Sensor-Tool-Schneid-Einsatz kostet etwa 15% mehr als eine normale Siliziumnitrid-Wendeschneidplatte, kann aber durch Prozessoptimierung eine Kostenersparnis von bis zu 40 Prozent erzielen.

So funktioniert es.

Die Anordnung der Sensoren, also die Matrix, hängt vom jeweiligen Bearbeitungsfall ab und wird deshalb kundenspezifisch entwickelt. Registriert wird dabei nur wie bei einem Schalter der Zustand 1 oder eben 0.

Die Funktion kann dabei relativ einfach beschrieben werden: Das Sensor-Tool-System besteht aus Siliziumnitrid für die Gussbearbeitung. Siliziumnitrid ist elektrisch nicht leitend, was in diesem Fall die unbedingte Voraussetzung ist, damit das System funktioniert. Denn auf die Platte wird nach einem bestimmten Layout eine elektrisch leitende Metallschicht aufgetragen. Die Beschichtung bildet an jeder Ecke einen elektrischen Kreislauf. Sollte ein Bruch an einer der Schneidkanten auftreten, der größer als die Beschichtungsbreite ist, wird der Stromkreis unterbrochen. Über zwei Federkontakte am Plattenhalter wird dieses Signal dann per Kabel zu einem induktiven Geber weitergeleitet, der beispielsweise auf dem sich bewegenden Revolver montiert ist. Der Empfänger auf der "festen Seite" leitet dies dann wiederum per Kabel zur CNC weiter, deren Reaktion entsprechend programmiert wird. Im Vergleich zu bisherigen unzuverlässigen Methoden wird dieses Verfahren der direkten Erfassung des Zustandes von Kyocera als "hundertprozentig zuverlässig" bezeichnet.

Wirtschaftliches Hartdrehen

Im Vergleich mit dem in diesem Bereich oft genutzten CBN schneidet die Kyocera-Mischkeramik dank höherer Schnittgeschwindigkeit sehr gut ab. Während etwa bei CBN mit einer Schnittgeschwindigkeit von 150 m/min gearbeitet wird, lassen sich laut Kyocera mit beschichteter Keramik bis zu 400 m/min erzielen. Das bedeutet einen höheren Ausstoß pro Maschine und eine Kostenersparnis pro Schneide. Darüber hinaus liegen die Kosten bei diesem Schneidwerkstoff bis zu 80 Prozent niedriger als bei CBN.

Bei den Cermets gehört Kyocera zu den weltweit führend Herstellern. Doch bisher werden in der Metall verarbeitenden Industrie laut Einschätzung von Kyocera zurzeit nur etwa 6 Prozent Cermet-Werkzeuge eingesetzt. Das Potential aber schätzt man auf 40 Prozent, weshalb in diesem Bereich noch sehr gute Wachstumschancen gesehen werden.

 

   

Ein Artikel der Westsächsischen Hochschule Zwickau zum gleichen Thema.

Intelligente Werkzeuge für die Zerspanung

  Die moderne Fertigung zur Herstellung von Werkstücken in mittleren Stückzahlen bis hin zu Großserienteilen und Massenprodukten ist durch eine hohe Komplexität der Bearbeitungsvorgänge gekennzeichnet. Beispiele für komplexe Fertigungslösungen finden sich in der Automobilindustrie, wie z.B. in der Motorenfertigung (Ventilteile, Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse, Kurbelwellen, Pleuel, Nockenwellen), im Maschinenbau (Wälzlagerfertigung, Normteilefertigung) sowie in einer Reihe weiterer Industriezweige. Hinzu kommt die Verwendung von wertintensiven Werkstoffen mit besonderen Eigenschaften, wie höhere Festigkeiten, verbunden mit geringerem Gewicht, oder Hochtemperaturbeständigkeit. Beispiele dafür sind der Einsatz von Titan- und Nickelbasiswerkstoffen im Turbinenbau für die Luft- und Raumfahrt sowie zur Stromerzeugung.


"Intelligentes" Werkzeug mit lithographisch aufgebrachten Leiterbahnstrukturen.

Derartige Werkstücke müssen über einen längeren Zeitraum mit gleichbleibender Qualität gefertigt werden.
Die notwendigen Fertigungsprozesse besitzen einen hohen Automatisierungsgrad einschließlich Verkettungseinrichtungen und CNC-Steuerung. Daraus ergeben sich hohe Maschinenstundensätze. Manuelle Eingriffsmöglichkeiten durch das Bedienpersonal sind sehr eingeschränkt. Störungen im Fertigungsablauf führen in kurzer Zeit zu außerordentlich hohen Folgekosten durch die Produktion von Ausschuss und Einbuße von Produktionskapazität durch Stillstand oder mögliche Beschädigungen der Anlagen.
In diesen komplexen Arbeitsabläufen nimmt das Werkzeug eine Schlüsselrolle ein. Es stellt das Bindeglied zwischen dem Ergebnis des Fertigungsprozesses, dem Werkstück, und den hochtechnisierten Fertigungsanlagen dar. Vom Werkzeug wird in erster Linie Prozesssicherheit, gleichzeitig aber auch die Realisierung hochproduktiver Schnittwerte bei wirtschaftlichen Standzeiten verlangt. Ein Weg zur Vermeidung werkzeugbedingter Prozessstörungen ist eine permanente Überwachung der Werkzeugschneide.
Bisher bekannte Werkzeugüberwachungen erfassen den aktuellen Schneidenzustand meist indirekt über Kraft-, Weg-, Strom- oder Momentenerfassung, Messungen von Schwingungsemissionen sowie optischen und tastenden Methoden.
Die notwendigen Fertigungsprozesse besitzen einen hohen Automatisierungsgrad einschließlich Verkettungseinrichtungen und CNC-Steuerung. Daraus ergeben sich hohe Maschinenstundensätze. Manuelle Eingriffsmöglichkeiten durch das Bedienpersonal sind sehr eingeschränkt. Störungen im Fertigungsablauf führen in kurzer Zeit zu außerordentlich hohen Folgekosten durch die Produktion von Ausschuss und Einbuße von Produktionskapazität durch Stillstand oder mögliche Beschädigungen der Anlagen.
In diesen komplexen Arbeitsabläufen nimmt das Werkzeug eine Schlüsselrolle ein. Es stellt das Bindeglied zwischen dem Ergebnis des Fertigungsprozesses, dem Werkstück, und den hochtechnisierten Fertigungsanlagen dar. Vom Werkzeug wird in erster Linie Prozesssicherheit, gleichzeitig aber auch die Realisierung hochproduktiver Schnittwerte bei wirtschaftlichen Standzeiten verlangt. Ein Weg zur Vermeidung werkzeugbedingter Prozessstörungen ist eine permanente Überwachung der Werkzeugschneide.
Bisher bekannte Werkzeugüberwachungen erfassen den aktuellen Schneidenzustand meist indirekt über Kraft-, Weg-, Strom- oder Momentenerfassung, Messungen von Schwingungsemissionen sowie optischen und tastenden Methoden.
 

"Intelligentes" Werkzeug beider Drehbearbeitung eines Werkstückes.
 
Das an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (FH) entwickelte „intelligente“ Werkzeug dient zur direkten Überwachung der Werkzeugschneide mit speziellen Mikrosensoren. Dies erfolgt zunächst bei Drehbearbeitungen. Die Aufbringung dieser Sensoren auf der Freifläche der Werkzeuge basiert auf Verfahren der Mikrotechnologie. Dabei werden feine Leiterbahnstrukturen mittels eines lithographischen Prozesses aufgebracht, die über eine spezielle Kontaktierung mit der Auswerteeinheit verbunden sind.  Diese Sensoren ermöglichen die Erkennung von Rissen an der Werkzeugschneide und die Erfassung des Freiflächenverschleißes.
  Unter dem Gesichtspunkt der Rissvermeidung wird damit die Online-Optimierung von Zerspanungsprozessen ermöglicht. Andererseits dienen Erkenntnisse aus Spanungsversuchen mit derartig präparierten Werkzeugen zur Präzisierung von Einsatzempfehlungen in Abhängigkeit chargenspezifischer Schneidstoff-Eigenschaften ebenfalls zur Rissvermeidung. Diese Präzisierung von Einsatzempfehlungen unter Nutzung der vorgestellten Messtechnik besitzt das größte Anwendungspotenzial in der Praxis. Im Ergebnis werden die Prozesssicherheit und die Produktivität in der spanenden Fertigung verbessert .
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird von der Westsächsischen Hochschule Zwickau wurde auf der Hannover Messe vom 19. - 24. April 2004 vorgestellt.

 

 

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