Sensorsystem sichert Spannqualität

Werkzeuge

Sensorsystem sichert Spannqualität

Integration des Sensorsystems in eine Motorspindel Lösung auf Basis von Keramikresonatoren und Hohlleiterstrukturen
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Mit einem Sensorsystem auf Basis von Keramikresonatoren und Hohlleiterstrukturen stellt Ott-Jakob einen neuartigen Ansatz für die Überwachung der Qualität der Werkzeugeinspannung in einer Werkzeugschnittstelle dar. Im Gegensatz zu bisherigen Lösungen, ermöglicht das System eine hochauflösende passive Abstandsmessung auf einer rotierenden Systemkomponente.

Der Maschinenbetreiber steht im globalen Wettbewerb. Die Forderungen des Marktes nach hoher Produktivität und hoher Bearbeitungsqualität sind hier allgegenwärtig. Die bei der Werkstückbearbeitung entstehenden Späne in Kombination mit Kühlschmiermitteln bzw. Öl-Luft-Gemischen bleiben an Werkzeugen und Systemkomponenten haften. Besonders kritisch ist diese Verschmutzung im Bereich der Werkzeugauflageflächen.

Dies führt beim Spannen des Werkzeugs zu einer Schiefstellung bzw. zu einem Achsversatz des Werkzeugs. Daraus resultiert eine mangelhafte Bearbeitungsqualität sowie im Extremfall Ausschuss. Besonders kritisch ist dies bei Verwendung von langen Werkzeugen. Durch den Einsatz von Reinigungsgeräten, der Verwendung von Reinigungsdruckluft sowie der Integration von Partikelfiltern im Kühlschmiermittelkreislauf kann die Verschmutzung der Werkzeugauflageflächen nur zum Teil verhindert werden. Zur Gewährleistung einer hohen Prozesssicherheit bei gleichzeitig hohem Automatisierungsgrad muss daher die Bearbeitungsmaschine zusätzlich mit einer entsprechenden Sensorik überwacht werden.
Bekannte Systeme zur Überwachung der Werkzeugplananlage nutzen Hydraulik/Pneumatik, Spannkraftüberwachung, Transpondersysteme mit abstands- oder kraftmessender Sensorik sowie extern adaptierte Sensorsysteme im Bereich der Statorspindelnase. Die Zielsetzung bei der Entwicklung eines neuen und innovativen Sensorsystems für die Werkzeugplananlagenkontrolle von Ott-Jakob waren Robustheit, einfache Integration, direkte Abstandsmessung und Wirtschaftlichkeit.
Die Lösung besteht in dem Einsatz von Rundhohlleitern, der Integration von Keramikresonatoren sowie der Verwendung von Radarelektronikkomponenten. Das Grundprinzip: Als Hohlleiter kann eine einfache Bohrung fungieren. Wird die Öffnung und der Auslass mit einem elektrisch leitfähigen Medium verschlossen, so entsteht ein so genannter Mikrowellenresonator, der für die Überwachung der Werkzeugplananlage verwendet werden kann.
In einem ersten Inbetriebnahmeschritt wird das Messsystem mit optimal gespanntem Werkzeug kalibriert. Mit dem Auslösen eines Triggerimpulses (beispielsweise ausgelöst durch die Maschinensteuerung) werden diese Zustände in einem nicht-flüchtigen Speicher hinterlegt und bei zukünftigen Messungen für die Verrechnung mit dem aktuellen Messwert herangezogen.
Das Plananlagenkontrollsystem zeigt die Möglichkeit einer hochauflösenden, passiven Abstandsmessung auf einer bewegten, mechanischen Systemkomponente. Das Endergebnis ist ein robustes, kostengünstiges und einfach zu integrierendes System, das einen Span von min. 10 μm erkennt.
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