Steigerung der Prozessstabilität durch ein Werkzeughaltersystem mit adaptiver Werkzeugauskraglänge (Pinocchio)

Problemlage
Bei zerspanenden Produktionsverfahren stellt die stetig zunehmende Produktvielfalt eine große Herausforderung dar. Allgemein ist ein Trend zu zunehmend individuell gefertigten, komplexeren Werkstücken zu verzeichnen. Eine bedeutende Herausforderung ist, dass für die unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen eine große Anzahl verschiedener Werkzeuge bereitgestellt werden muss. Insbesondere bei Werkstücken mit tiefen Kavitäten (Vertiefungen) oder schlechter Zugänglichkeit sind Werkzeuge mit großer Auskraglänge erforderlich. Lang auskragende Werkzeuge verfügen über eine geringere Steifigkeit und sind schwingungsanfälliger. Dies führt häufig zu Beschädigungen bis hin zur Zerstörung von Werkzeug sowie Werkstück. Aus diesem Grund werden Bearbeitungsoperationen mit langen Werkzeugen in der Regel besonders langsam und mit kleinen Vorschüben durchgeführt, um Prozesskräfte niedrig zu halten.

Projektziel
Im KMU-innovativ Projekt Pinocchio wird ein Werkzeughaltersystem entwickelt, in dem die Werkzeugauskraglänge adaptiv und während der Bearbeitung verändert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, im Idealfall für eine Bearbeitungsoperation mit tiefen Kavitäten jeweils nur ein Werkzeug vorzuhalten. Die Werkzeuglänge soll je nach Bedarf im Zerspanprozess variiert werden können und somit eine produktive und wirtschaftliche Bearbeitung ermöglichen.

Vorgehensweise
Das Projekt Pinocchio beschäftigt sich mit der konstruktionsmethodischen Erarbeitung geeigneter Lösungsvarianten zur Gestaltung des adaptiven Werkzeughaltersystems und deren Herstellung, Demonstration und Evaluation in Prototypen. Es wird ein Antriebssystem entwickelt, welches eine robuste Variation der Werkzeugauskraglänge ermöglichen soll. Die Integration von Sensorik für die Messung der Werkzeugauskraglänge sowie von Schwingungen ist von zentraler Bedeutung für dieses Projekt. Darüber hinaus wird eine Software zur Steuerung und Regelung der Werkzeugauskraglänge in Abhängigkeit der Prozessstabilität entwickelt.

Ergebnisse und Anwendungspotential
Bei erfolgreicher Umsetzung entsteht ein serienreifes Werkzeugspannsystem, welches eine Variation der Werkzeugauskraglänge während der Fräsbearbeitung ermöglicht. Die Steifigkeitserhöhung des Werkzeugs führt zu einer Schwingungsreduktion um bis zu 50 Prozent, sodass eine höhere Oberflächengüte des Werkstücks erreicht werden kann. Zusätzlich führt die Schwingungsreduktion zu einer deutlichen Erhöhung der Werkzeuglebensdauer. Ein weiterer Vorteil ist, dass Werkzeugwechsel- und Werkzeugrüstzeiten reduziert oder vermieden werden.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Genter GmbH
• Hugo Reckerth GmbH
• Innoclamp GmbH