Ein automatisiertes Werkzeugüberwachungssystem umzusetzen, ist nicht so leicht, wie es sich anhört. Bereits kleine Änderungen, wie eine andere Charge des zu bearbeitenden Werkstoffs oder ein anderer Maschinentyp können unvorhersehbare Einflüsse auf die Standzeit haben. Für Anwender mit eingefahrenen Prozessen und großen Bauteilstückzahlen bietet CERATIZIT das Prozessüberwachungssystem CERAsmart ToolScope, unter anderem zur Standzeitvorhersage von Werkzeugen an. Dazu dokumentiert der Kunde via CERAsmart ToolScope den zeitlichen Verlauf sowie die Kräfte und Ströme der Werkzeuge. Sobald sich der Prozess jedoch ändert, muss dieser Einfahrvorgang wiederholt werden. Für Kunden, die hauptsächlich kleine Bauteillose fertigen, ist dieses Feature daher meist zu umständlich.

Mannlos sicher überwachen

Steigende Anforderungen an Qualität und Kosteneffizienz sowie zunehmender Personalmangel zwingen die metallverarbeitende Industrie, ihre Fertigungsprozesse zunehmend zu automatisieren. Aktuelle Werkzeugmaschinengenerationen sind bereits für die automatisierte Führung von Zerspanungswerkzeugen auf vorher definierten Pfaden vorbereitet. Doch selbst wenn dieser Teil der Fertigung automatisch abläuft, ist bisher die Aufsicht eines Bedieners für einen sicheren und produktiven Prozessablauf erforderlich. Denn manche Szenarien sind nicht abzusehen: Wann lässt die Leistung der verwendeten Werkzeuge in kritischem Maße nach, wann kommt es sogar zu Ausbrüchen an deren Schnittkanten oder wann bricht das Werkzeug komplett? Bleiben solche Schäden am Werkzeug unbemerkt, sind die Folgen einerseits deutlich reduzierte Produktivität und erzeugte Oberflächenqualität, und andererseits folgenschwere Schäden durch überhöhte Kräfte und Biegemomente am Werkzeug und der Bohrspindel, oder Kollisionen zwischen Spindel und Werkstück.

Stoppen, bevor etwas kaputt geht

Um in Zukunft das Einfahren von Werkzeugen zur Prognose von Standzeiten einzusparen und den Maschinenbediener zu entlasten, sollten im Rahmen des „SmartDrilling“-Projektes universell gültige Modelle und Methoden entwickelt werden. Dazu wurden in der Zerspanung besonders gängige Bohrprozesse ausgewertet. Voraussetzung dafür ist eine bedeutende Weiterentwicklung im Informationsaustausch zwischen Mensch und Werkzeugmaschine. Das Ziel war es, ein „Tool Condition Monitoring System“ zu entwickeln, dass in der Lage ist, den Schädigungszustand von Bohrwerkzeugen bereits im direkten Einsatz anzuzeigen. Die Basis dafür sollten Sensorsignale sein, die die Werkzeugmaschine aufzeichnet. Diese werden dann mit einer eigens entwickelten softwarebasierten Datenverarbeitungstechnik segmentiert, um sich in der Analyse lediglich auf die für den Werkzeugzustand relevanten Signale konzentrieren zu können.

Der entwickelte Datenanalysealgorithmus liefert permanent Informationen zum aktuellen Stand der Werkzeugschädigung, die während des Bohrvorgangs stets aktualisiert auf einem Display dargestellt werden. Noch bevor ein kritischer Schädigungszustand des Bohrwerkzeuges erreicht ist, ertönt ein laut hörbarer Alarm. Somit kann ein einzelner Bediener die prozesssichere Bedienung mehrerer Werkzeugmaschinen bewerkstelligen und so sein Management der zeitlichen Abläufe von manueller Intervention, Maschinenbestückung und Wartung optimieren.

Ein Meilenstein in Sachen Effizienz

„Bis zu einem verkaufsfähigen Produkt ist es noch ein langer Weg. Aber dank der vielen Erkenntnisse der vergangenen drei Jahre ist uns mit dem in SmartDrilling realisierten Tool Condition Monitoring System ein Meilenstein in Bezug auf die Steigerung der Effizienz von spanender Fertigung metallischer Bauteile gelungen. Die bei seinem Einsatz generierten Kostenvorteile für fertigende Unternehmen werden entscheidend zur Wettbewerbsfähigkeit der hiesigen Industriebetriebe beitragen. Neben den zu erwartenden ökonomischen Vorteilen sind auch große umweltrelevante Einsparungen durch rechtzeitig nachgeschliffene Bohrer und vermiedenen Werkstück-Ausschuss zu erwarten“, sind sich die Projektteilnehmer Materials Center Leoben (MCL) und CERATIZIT unisono einig.