Fachartikel: Werkzeugüberwachung ja – am besten mit …?

Das prozessbegleitende Überwachen von Zerspanungswerkzeugen in Werkzeugmaschinen hinsichtlich Schneidenverschleiß und -bruch erlaubt einen automatischen Werkzeugwechsel erst bei tatsächlich eingetretenem Schneidenverschleiß oder einem Stopp der Maschine im Augenblick eines Werkzeugbruchs. Dies erlaubt eine bessere Ausnutzung der Werkzeuge und gestattet höhere Schnittwerte, da der Fertigungsbetrieb das Risiko von Schäden durch einen Werkzeugdefekt im Griff behält. Doch welche Methode eignet sich zur Werkzeugüberwachung am besten: das Auswerten mithilfe interner Antriebsdaten oder die Wirkleistungsmessung? Der Spezialist Nordmann vergleicht beide Methoden.
Werkzeugüberwachungssystem SEM-Modul-e2 mit Display - alternativ Anzeige auf der NC-Steuerung - sowie das neue Dreiphasen-Wirkleistungsmessgerät WLM-3S mit drei Stromsensoren (kleines Bild).
Werkzeugüberwachungssystem SEM-Modul-e2 mit Display – alternativ Anzeige auf der NC-Steuerung – sowie das neue Dreiphasen-Wirkleistungsmessgerät WLM-3S mit drei Stromsensoren (kleines Bild).Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Das Überwachen des Werkzeugzustands geschieht indirekt: per Erfassung des vom Werkzeug beim Zerspanprozess erzeugten Körperschalls, der Schnittkraft, des Drehmoments oder der von den Spindel- oder Vorschubantriebsmotoren aktuell verbrauchten elektrischen Wirkleistung. Diese Messwerte ändern sich infolge von Werkzeugverschleiß und -bruch und lassen sich mit Grenzwerten überwachen.

Interne Antriebsdaten vs. Wirkleistungsmessung

Hierbei kommen meist nicht Körperschall- oder Kraftmessungen zum Einsatz, sondern die Wirkleistungsmessung. Der Wirkleistungsmesswert wird einerseits über eine Messung der Ströme und Spannungen an allen drei Zuleitungen zum Spindel- oder Vorschubmotor gewonnen, andererseits aber auch als ‚digitale interne Antriebsdaten‘ aus der NC-Steuerung ausgelesen. Beim Auslesen kann die Einteilung zwischen Wirkleistung und Drehmoment erfolgen, die sich nur um die Faktoren Motordrehzahl und 2 voneinander unterscheiden.

Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, auf der die Wirkleistungsmesswerte aus der Grafik gewonnen wurden.
Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, auf der die Wirkleistungsmesswerte aus der Grafik gewonnen wurden.Bild: Pfiffner GmbH

Das Auslesen dieser internen Antriebsdaten verringert den elektrischen Installationsaufwand bezüglich Verkabelung und Umfang der Messelektronik. Infolgedessen ist diese Methode ausgesprochen beliebt und weit verbreitet, auch im Zusammenhang mit Tool Monitoren von Nordmann – allerdings ‚bezahlen‘ Zerspaner dies bei der Überwachung speziell kleinerer Zerspanungswerkzeuge mit einer geringeren Messwertqualität. Denn: Die direkte Messung der Wirkleistung – beispielsweise über das neue WLM-3S von Nordmann – ist nicht an einen Takt gebunden, mit dem die steuerungsintern gewonnenen digitalen Antriebsdaten über eine Datenleitung zum Werkzeugüberwachungssystem gelangen.

>>Geringerer Installationsaufwand konkurriert mit Messwertqualität<<

Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) beim Bohren von sieben Löchern mit 2mm Durchmesser in Messing mit der Maschine von Pfiffner.
Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) beim Bohren von sieben Löchern mit 2mm Durchmesser in Messing mit der Maschine von Pfiffner.Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Dieser Unterschied fällt auf: zum einen, wenn die Messung von Strom und Spannung besonders rauscharm und mit hochauflösenden A/D-Umsetzern erfolgt; zum anderen, wenn das auswertende Werkzeugüberwachungssystem eine höhere Taktrate beim Verarbeiten mittels Stromsensoren und Spannungsabgriff gewonnener Wirkleistungsmesswerte bietet als die Übertragungsfrequenz der steuerungsintern gewonnenen Antriebsdaten.

Dies zeigt sich am Beispiel der Steuerung MTX von Bosch im Fall der Überwachung eines 2mm-Bohrers in der Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, der von einem 8kW-Motor über einen Trommelrevolver angetrieben wird. Das Messdiagramm (siehe das Bild bzw. Diagramm ‚Bohren in Messing mit der Maschine von Pfiffner‘) verdeutlicht: Während sieben aufeinander folgende Bohrungen in der oberen Kurve klar sichtbar und mit Grenzwerten zwecks Verschleiß- und Bruchkontrolle überwachbar sind, gehen sie in der unteren Darstellung im Rauschen unter. Pfiffner wechselte seit dieser Erkenntnis mit den besseren Messwerten des WLM-3S relativ zu den internen Antriebsdaten vom bisherigen Anbieter auf Nordmann.

Werkzeugzustand als Hauptaugenmerk

Dieser Effekt wurde auch bei Steuerungen von Siemens und Fanuc beobachtet, wo das WLM-3S bei kleinen Werkzeugen bessere Messwerte liefert. Es mag daran liegen, dass das Hauptaugenmerk der Steuerungshersteller darauf liegt, Werkzeug und Werkstück auf möglichst präzisen Bahnen zu bewegen, statt Messwerte von der Werkzeugbelastung zu produzieren. Hingegen liegt bei Nordmann der Fokus auf dem Gewinnen von Messwerten, die bestmöglich Auskunft über den Werkzeugzustand geben.

Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) des Vorschubantriebs bei ratterndem Spiralbohrer. Bild: Nordmann GmbH & Co. KG
Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) des Vorschubantriebs bei ratterndem Spiralbohrer. Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Erfahrungsgemäß darf der Durchmesser der mittels Leistungsmessung per WLM-3S auf Bruch überwachbaren Bohrer 25 bis 50 Prozent des Durchmessers mittels interner Antriebsdaten überwachbarer Bohrer betragen. So sind beispielsweise Bohrer mit 1mm Durchmesser an 4kW-Spindeln oder mit 2mm Durchmesser an 16kW-Spindeln per WLM-3S überwachbar (Leistungsangabe der Spindeln für 40 Prozent Einschaltdauer).

Dynamik klar abbilden

Darüber hinaus ist eine weitere Qualität der Wirkleistungsmessung erwähnenswert: Die Berechnung der Wirkleistung aus einer Messung von Strom und Spannung aller drei Phasen befähigt sogar ganz speziell dazu, eine Dynamik im Zerspanungsprozess abzubilden. Dies zeigt sich am Beispiel eines ratternden Spiralbohrers (siehe Bild bzw. Diagramm ‚Vorschubantrieb bei ratterndem Spiralbohrer‘) mit 8mm Durchmesser in einer Index-Drehmaschine. Die per WLM-3S gemessene Wirkleistung des Z-Achsen-Vorschubantriebs spiegelt deutlich die dynamische Belastung des Vorschubantriebs wider, während diese im Drehmomentwert der internen Antriebsdaten einer Sinumerik 840 D verloren geht. Diese besondere Fähigkeit des direkten Messens der Wirkleistung zur besseren Abbildung der Dynamik eines Zerspanprozesses nutzen Fertiger recht häufig zur Überwachung von Fräsern auf Zahnausbruch.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: Ingersoll Werkzeuge GmbH
Bild: Ingersoll Werkzeuge GmbH
Modulares Wechselkopfsystem

Modulares Wechselkopfsystem

Ingersoll präsentiert die neue FlexTurn-Familie modularer Köpfe und Halter für Swiss-Type Maschinen. Mit dieser modularen Serie lassen sich Rüstzeiten verkürzen und Kosten sparen. Generell kostet es Zeit, die Halter aus dem Werkzeughalter der Swiss-Type Drehmaschinen auszubauen, um die Wendeschneidplatten zu wechseln. Mit der modularen FlexTurn-Serie können Wendeschneidplatten außerhalb der Maschine ausgetauscht werden, indem nur der modulare Kopf ausgebaut wird und der Schaft im Werkzeughalter bleibt.

Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH - Nico Sauermann
Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH - Nico Sauermann
Fachbericht: Königsdisziplin Stechdrehen

Fachbericht: Königsdisziplin Stechdrehen

Als Paul Horn im Jahr 1972 die Wendeschneidplatte des Typs 312 der Öffentlichkeit vorstellte, war das im Prozess des Stechdrehens eine kleine Revolution. Als erster Hersteller überhaupt präsentierten die Tübinger ein dreischneidiges Werkzeugsystem mit stehender Hartmetall-Wendeschneidplatte für das Stechdrehen. Heute ist der Prozess Stechdrehen mit Wendeschneidplatten in der modernen Fertigung nicht mehr wegzudenken.

Bild: Lehmann-UMT GmbH
Bild: Lehmann-UMT GmbH
Feinstfiltersystem auf der GrindTec und Intec

Feinstfiltersystem auf der GrindTec und Intec

Mit dem StingR Feinstfiltersystem schafft das vogtländische Unternehmen Lehmann-UMT eine universelle Lösung zur energieeffizienten und passgenauen Aufbereitung von Fluiden beim Werkzeugschleifen für verlängerte Standzeiten und hohe Werkzeugqualität. Erstmals im vergangenen Jahr vor großem Publikum auf der GrindTec präsentiert, wurde das Feinstfiltersystem mit automatischer pneumatischer Rückspülung erfolgreich am Markt platziert.

Bild: MPDV Mikrolab GmbH
Bild: MPDV Mikrolab GmbH
Optimistischer Start ins Jahr 2023

Optimistischer Start ins Jahr 2023

Viele Produktionsunternehmen erkannten im zurückliegenden Jahr, dass Investitionen in den Bereichen Digitalisierung und smarte Fabrik eine positive Auswirkung auf die gestiegene Komplexität und die vielfältigen Herausforderungen am Markt nehmen können. So konnte die MPDV Gruppe mit Sitz in Mosbach zahlreiche Projekte mit Bestandskunden realisieren und Neukunden von ihren markterprobten Lösungen überzeugen.

Bild: Schott Systeme GmbH
Bild: Schott Systeme GmbH
Vollautomatisierte Bearbeitung auf der Intec 2023

Vollautomatisierte Bearbeitung auf der Intec 2023

Auf der Intec 2023 in Leipzig vom 7. bis zum 10. März demonstriert der deutsche Softwarehersteller Schott Systeme die signifikanten Leistungserweiterungen der Version 3.10 seiner Pictures by PC-CAD/CAM-Software. Diese Version baut auf fast 40 Jahre Softwareentwicklung des Anbieters auf, der mit seiner universellen CAD/CAM-Software Pictures by PC (Preis unter 10.000€) eine kostengünstige Lösung für alle Aspekte der Konstruktion und Fertigung bereitstellt – von der Lohnfertigung, dem Sondermaschinenbau bis hin zum Werkzeug- und Formenbau.

Bild: Mahr GmbH
Bild: Mahr GmbH
Messdaten bequem sichern

Messdaten bequem sichern

Bedienung per Touch, ein ergonomisches Handling und vielfältige Auswertemöglichkeiten: Dafür steht das Höhenmessgerät Digimar 817 CLT, das in den drei Messbereichen 350, 600 und 1.000mm zur Verfügung steht. Ein schwenkbares Touchdisplay sorgt dafür, dass sich das Messgerät von Mahr aus Göttingen so komfortabel bedienen lässt wie ein Tablet: Große Schaltflächen, übersichtlich gegliederte Menüs und selbsterklärende Icons gestatten schnelle flüssige Abläufe und beschleunigen somit den Messablauf.

Bild: Airbus
Bild: Airbus
Success-Story: Rauch und Feinstaub weg

Success-Story: Rauch und Feinstaub weg

Die Bearbeitung von Grauguss auf spanenden Werkzeugmaschinen stellt besondere Anforderungen an die Luftreinhaltung. Der hohe Kohlenstoffgehalt des Materials lässt große Mengen an Feinstaub und Rauch entstehen – vor allem bei Großmaschinen und beim Schruppen mit großer Zustellung. Spezielle Abscheider beispielsweise von Rentschler Reven schützen Mensch und Maschine.

Bild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Bild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Neuer Leiter Industrial Europa

Neuer Leiter Industrial Europa

Christian Zeidlhack (45) hat die Leitung für das Industriegeschäft in Europa sowie die Gesamtleitung der Subregion Zentral- und Osteuropa beim global tätigen Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler übernommen. In dieser Position verantwortet er das Direktkunden- und Vertriebspartnergeschäft der Sparte Industrial in der gesamten Region Europa sowie das gesamte Geschäft des Unternehmens in der Subregion.