Zerspanung: Einsatz von Prozesskraftmessung in der Serienfertigung

NTN Innovation Booster Projekt zur Steigerung der Qualität und Verminderung von Ausschuss 

In der Fertigung ist die exakte Abstimmung zwischen Werkzeug und Werkstück entscheidend für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis. Doch verschiedene Faktoren können diese Genauigkeit in der Serienfertigung beeinträchtigen. In Zusammenarbeit mit fünf Industriepartnern untersucht RhySearch im Rahmen eines NTN Innovation Boosters, wie die Analyse von Kraftsignalen die Prozessstabilität erhöhen und Kosten senken kann. 

Bei Zerspanungsprozessen werden Werkzeug und Werkstück für einen möglichst gleichmässigen Materialabtrag relativ zueinander bewegt. Je genauer die relative Position zwischen Werkzeug und Werkstück ist, umso besser das Ergebnis. Deshalb wird die Position des Werkzeugs und die Geometrie des Werkstücks direkt auf den meisten Zerspanungsmaschinen gemessen. 

Während der Serienfertigung kann sich jedoch die Lage von Werkzeug und Werkstück ändern – etwa durch Werkzeugverschleiss, Ungenauigkeiten beim Umspannen oder durch thermische Verschiebungen der Maschine.  

Deshalb werden solche Prozesse immer öfter mit Kraftsignalen überwacht: Sensoren messen die Prozesskräfte und liefern so ein Bild der Belastungen, die während des Bearbeitungsprozesses auftreten. Das liefert wichtige Informationen, beispielsweise zum Werkzeugverschleiss oder um Bearbeitungsparameter zu überwachen. Allerdings: «Diese Messungen werden meist nur zur Erkennung von Anomalien über grössere Serien verwendet, nicht aber zur Auswertung von spezifischen Merkmalen, wie zum Beispiel die genaue Position des Werkzeuges im Moment des Kontaktes mit dem Werkstück. Dank solcher Informationen können jedoch schleichende Fehler erkennt und korrigiert werden“, erklärt Raoul Roth, Projektleiter bei RhySearch.  

In einem NTN Innovation Booster-Projekt erforscht RhySearch gemeinsam mit fünf Industriepartnern, wie Kraftsignale in Kombination mit Prozessdaten von der Maschine genützt werden können. Die grundlegenden Strategien und Implementierungen werden bei RhySearch auf einer Ultrapräzisionsdrehmaschine mit einem "Minidyn"-Dynamometer von Kistler getestet. Dies bietet den idealen Messaufbau, um die Möglichkeit der Kontakterkennung und deren Genauigkeit genau zu evaluieren. Auf dieser Basis können verschiedene reale Anwendungsszenarien simuliert werden, auch für die automatisierte Fertigung grosser Losgrössen. Das Ziel sind stabilere Prozesse mit weniger Ausschuss, für höhere Produktivität bei geringeren Kosten.  

Facts:
Förderung: Innovation Booster Microtech
Projektlaufzeit: 1.12.2023- 31.7.2024
Industriepartner, u.a.: B-Next Group SA, Kistler Instrumente AG, Jabil, Richemont International SA