Verschleißdiagnose an Fräswerkzeugen auf Basis eines werkzeugspezifischen genetischen Fingerabdruckes (Verschleißdiagnose)

Problemstellung
Die Wirtschaftlichkeit von Zerspanungsprozessen wird wesentlich vom erzielbaren Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit bestimmt. Durch den Einsatz von neuartigen Hochleistungswerkzeugen auf Hartmetallbasis mit deutlich kleineren Keilwinkeln lassen sich die Zerspanungsleistungen gegenüber herkömmlichen Schneidegeometrien um bis zu 20 Prozent steigern. Durch die innovative Geometrieveränderung an der Schneide kann eine erhebliche Reduktion der Schnittkräfte und des Energieumsatzes realisiert werden. Dies reduziert die Wärmentstehung und damit den Verschleiß am Schneidwerkstoff. Die positiven Effekte werden jedoch dadurch gemindert, dass die neuartige Schneidgeometrie deutlich bruchanfälliger ist. Es ist daher entscheidend, den relativen Verschleißgrad und die vorliegende Verschleißart genau zu kennen, um zu verhindern, dass ein Werkzeugbruch durch eine sich anbahnende Überlastung entstehen kann.

Ziel
Im KMU-innovativ-Forschungsprojekt Verschleißdiagnose wird der Prototyp eines Diagnose- bzw. Messsystems zur Ermittlung des Verschleißgrades bei Fräswerkzeugen entwickelt. Mit geeigneten Sensoren können so physikalische Messgrößen, wie z.B. Kräfte, Momente, Impulse und Körperschall, sowohl statisch wie auch dynamisch gemessen und gespeichert werden. Die für jedes neue Werkzeug zu ermittelnden Kennwerte bilden einen werkzeugspezifischen genetischen Fingerabdruck, der als Referenz für alle weiteren Auswertungen herangezogen wird. Durch die laufende Gewinnung von Messdaten kann mit einem neuen mathematischen Verfahren die zeitliche Veränderung relevanter Größen und damit die Entstehung von spezifischen Versagens- bzw. Verschleißarten ermittelt werden.

Vorgehensweise
Damit das definierte Ziel erreicht wird, sind die Haupteinflussfaktoren und die sich in der Abnutzungszeit verändernden Messgrößen der unterschiedlichen Verschleiß- und Versagensarten zu identifizieren. Für die definierten physikalischen Größen werden die geeigneten Sensoren und Messverfahren entwickelt und in eine automatisierte Mess- und Auswerteeinheit integriert. Die gerätetechnische Umsetzung soll als eigenständige Einheit mit Erfassungs-, Speicher- und Auswerteelektronik ausgerüstet werden. Die Schnittstelle zur übergeordneten Werkzeugmaschine wird universell ausgelegt, sodass der Einsatz des Systems unabhängig vom Fabrikat der Steuerung des Werkzeugmaschinenherstellers möglich ist.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Entwicklung und Umsetzung des Projektes Verschleißdiagnose leistet einen wesentlichen Beitrag zum wirtschaftlichen Einsatz von innovativen Fräswerkzeugen, da der jeweilige Schneidwerkstoff gezielt bis an die Grenzen seiner Belastbarkeit eingesetzt werden kann. Nach Abschluss der Entwicklung ist eine globale Vermarktung des Systems – in Zusammenarbeit sowohl mit führenden Werkzeugmaschinenherstellern als auch über den qualifizierten Vertrieb des Antragstellers – geplant.

• AVANTEC Zerspantechnik GmbH