Produktionstechnik Sachsen 2020
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Einsatzfertige Industrie 4.0-Lösungen

Fraunhofer IWU: Bahnfehler in Echtzeit erkennen und Wälzschälprozesse wirtschaftlich auslegen

Wer die steigende Variantenvielfalt und Produktindividualisierung wirtschaftlich managen will, muss ganzheitlich denken und IT-gestützt komplexe Produktionssysteme beherrschen.

Wer die steigende Variantenvielfalt und Produktindividualisierung wirtschaftlich managen will, muss ganzheitlich denken und IT-gestützt komplexe Produktionssysteme beherrschen.
Foto: Fraunhofer IWU

Wer die steigende Variantenvielfalt und Produktindividualisierung wirtschaftlich managen will, muss ganzheitlich denken und IT-gestützt komplexe Produktionssysteme beherrschen. Das Fraunhofer IWU bietet dafür einsatzfertige Industrie 4.0-Lösungen an.

Die Abweichung der Werkzeugbahn während einer Bearbeitung ist bislang eine große Herausforderung für den Anwender: Sie beeinflusst maßgeblich die Beschaffenheit des finalen Werkstücks, ist aber in der Regel unbekannt. Zur Vermeidung von Abweichungen sind daher aufwändige Prüfungen am Werkstück notwendig, auf die erst zeitverzögert reagiert werden kann. Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben nun ein Monitoringsystem entwickelt, das praktisch in Echtzeit genaue Informationen über die reale Werkzeugbahn generiert und so auch Korrekturen während der Bearbeitung oder gar im Bahnplanungsprozess ermöglicht. Der unwirtschaftliche Prüfaufwand kann so in einzelnen Anwendungen um den Faktor 10 reduziert werden.

Monitoringsystem des Fraunhofer IWU

Das Monitoringsystem des Fraunhofer IWU generiert praktisch in Echtzeit genaue Informationen über die reale Werkzeugbahn.
Foto: Fraunhofer IWU

Basis des sensorlosen Systems ist ein echtzeitfähiges, messdatenbasiertes Modell zur Prozessauslegung – ein digitaler Zwilling. Verbunden mit der Maschinensteuerung wird dieser über eine spezielle Steuerungsschnittstelle kontinuierlich mit Lage-Ist-Werten der NC-Achsen gespeist. Aus dem Vergleich mit der geplanten Sollbahn generiert er prozessbegleitend Zeitpunkt und Größe etwaiger Bahnfehler.
Prinzipiell ist das Monitoringsystem auf jeder Werkzeugmaschine einsetzbar. Die Chemnitzer Spezialisten passen das System kunden- und maschinenspezifisch an. Auch für eine weitere Forderung der Industrie haben sie eine innovative Antwort. Für die wirtschaftliche Fertigung qualitativ hochwertig verzahnter Bauteile, wie sie z. B. in Planetengetrieben für die E-Mobilität benötigt werden, bietet sich das Wälzschälen an, ein Verzahnverfahren mit bestimmter Schneide, das die Produktivität des Wälzfräsens und die geometrische Flexibilität des Wälzstoßens vereinigt. Da das Verfahren erst seit Kurzem am Markt verfügbar und zudem durch seine verfahrenstypischen Mehrschnittstrategien hoch komplex ist, liegt bisher noch wenig Erfahrungswissen zur Auslegung von Wälzschälprozessen vor. Entsprechend groß ist der Bedarf nach einem mathematischen Prozessmodell und einer Benutzersoftware zur Unterstützung des Auslegungsprozesses. Wissenschaftler des Fraunhofer IWU stellen nun ihre Lösung in Form der eigens entwickelten Software SkiveAll vor.

SkiveAll ermittelt den optimierten und damit wirtschaftlichen Auslegungsprozess für das Wälzschälen.

SkiveAll ermittelt den optimierten und damit wirtschaftlichen Auslegungsprozess für das Wälzschälen.
Foto: Fraunhofer IWU

SkiveAll arbeitet mit Algorithmen zur Auslegung von Wälzschälprozessen – von der Werkstückdefinition über die kinematische Auslegung bis hin zur Berechnung der Werkzeuggeometrie und der Funktionen zur Prozessanalyse. Auf Basis der Werkstück- und Verzahnungsdaten generiert dieses einen Technologievorschlag, der anschließend in einer 3D-Umgebung auf Kollision geprüft wird. Als Ergebnis wird eine Schnittfolge inklusive aller Schnittwerte, Maschineneinstellungen und weiterer Informationen für jeden einzelnen Schnitt generiert. In einer Übersicht können Kosten, Zeiten und Werkzeugeinsatz für die einzelnen Technologievarianten verglichen werden. Dem Anwender steht damit erstmalig eine Benutzersoftware zur Ermittlung eines wirtschaftlichen Auslegungsprozesses für das Wälzschälen zur Verfügung.



www.iwu.fraunhofer.de