Dieses Umsetzungsprojekt ist Bestandteil unseres Verbundprojektes Cloudanwendungen für die Fertigung im Rahmen des Swedish-German Testbed for Smart Production bei welchem Industrie 4.0 Technologien länderübergreifend vernetzt werden.

Motivation:

Zerspanungswerkzeuge werden für den spezifischen Anwendungsfall auf einer Werkzeugmaschine beim Endanwender nach den Vorgaben des Werkzeugherstellers eingefahren. Häufig finden gleiche Prozesse auf mehreren Werkzeugmaschinen am gleichen Fertigungsstandort oder an verschiedenen Unternehmensstandorten statt. Dabei kann es sich um typgleiche Werkzeugmaschinen oder Maschinen eines anderen Fabrikats handeln. Aufgrund der damit einhergehenden unterschiedlichen Maschinensteifigkeiten sowie Verschleiß- und Wartungszuständen führt ein Transfer des eingefahrenen Prozesses auf eine andere Werkzeugmaschine, trotz gleichen Werkzeugs, Werkstücks und gleicher technologischer Parameter nicht selten zu einem instabilen Prozess (Rattern). Eine Online-Datenerfassung kann die Basis für die Erkennung und Beseitigung solcher Zustände bilden. In der Praxis werden bei der spanenden Fertigung bereits zahlreiche Prozess- und Maschinendaten zur Überwachung erfasst. Die dafür notwendigen Schnittstellen und Skalierungen sind vorhanden. Es gibt jedoch unter Serienbedingungen keine systematische Auswertung und Speicherung oder Zuordnung der Daten zum Bauteil. Eine Nutzung für eine Prozessregelung erfolgt nur in Einzelfällen (z. B. Werkzeugbruch oder Spindelüberlastung). Somit wird ein wesentliches vorhandenes Potenzial zur Prozessoptimierung sowie als Grundlage für adaptive Fertigungsprozesse nicht genutzt.

Zielstellung:

Ziel des Umsetzungsprojektes ist es, mithilfe eines Bewertungskonzeptes instabile Technologiebereiche beim Einsatz unterschiedlicher Bearbeitungsmaschinen zu vermeiden. Gleichzeitig soll die Nutzung wirtschaftlicher Prozessfenster durch eine Prozessoptimierung sichergestellt werden. Die Cloud dient als Prozessdatenspeicher sowie zur Ablage von Regelungsalgorithmen und einer Technologiedatenbank.

Die Zugriffsmöglichkeit über die Cloud auf umfangreiche Technologiedaten aus dem Prozess bringt dem Werkzeughersteller folgende Vorteile:

  • Prozessfeedback zu Schnittwertempfehlungen für den individuellen Einsatzfall
  • Möglichkeit der Ferndiagnose
  • Möglichkeit der gezielten und zeitnahen Anpassung von Werkzeugen und Schnittwertempfehlungen.

Der Endanwender kann das Konzept in einem ersten Schritt zur maschinenspezifischen Optimierung der Schnittwerte hinsichtlich Stabilität und Wirtschaftlichkeit nutzen. Im Weiteren werden die Voraussetzungen für einen adaptiven Fertigungsprozess geschaffen.

Vorgehen:

Im Rahmen von Zerspanungsuntersuchungen beim Fräsen von Gusseisen werden sowohl vorhandene Eingangsdaten zu Werkzeug, Werkstück und Maschine sowie mithilfe verschiedener Sensoren erfasste Messdaten zur Prozessstabilität gesammelt (Datenbasis). Dabei werden verschiedene Maschinenzustände (Steifigkeit, Dämpfung) durch unterschiedliche Werkzeugeinspannungen dargestellt. Auf dieser Grundlage erfolgt die Ableitung von Stabilitätskarten sowie eines Regelungsalgorithmus zur Online-Identifikation des Ratterns. Diese Informationen werden in der Cloud zentral abgelegt und dienen als Basis für die Schnittwertoptimierung sowie zur Übertragung und Anpassung des Prozesses auf weitere Werkzeugmaschinen. So kann in einem ersten Schritt über einen maschinenspezifischen Korrekturfaktor das Parameterfenster in stabile Bereiche verschoben und in einem zweiten Schritt die Grundlagen für einen adaptiven Fertigungsprozess geschaffen werden. Hierfür wird die Online-Datenerfassung an einer Werkzeugmaschine konzipiert und Schnittstellen zur Cloud sowie Cloudfunktionalitäten definiert. Ferner sollen in einem später geplanten Umsetzungsschritt nutzerspezifische Zugriffsberechtigungen auf die Daten-Cloud die Möglichkeit der engeren Zusammenarbeit, beispielsweise mit dem Kunden oder Werkzeugmaschinenhersteller eröffnen.

Unternehmen

Gühring KG
www.guehring.de

Konsortialpartner

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Ansprechpartner

Katja Busch
+49 371 5397-1923
katja.busch@iwu.fraunhofer.de

 

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