Fortschrittliche Spannvorrichtungen: Echtzeit-Messung & Überwachung für Präzisionsbearbeitung

Konnektivität und Datenerfassung sind zu übergreifenden Themen in der Zerspanung und Fertigung geworden. Werkzeugmaschinen-OEMs und Zubehörlieferanten bauen weiterhin automatische Feedback-/Überwachungsfunktionen in ihre Ausrüstung ein, um Shops größere Kontrolle über ihre Shopfloor-Prozesse zu geben. Beispielsweise stattet Hainbuch America Corp. seine TopPlus IQ-Futter und -Dornen mit intelligenter Funktionalität aus. Diese intelligenten Spannvorrichtungen sind mit Sensoren integriert, die Teilvermessung und Spannparameter-Überwachung umfassen. Sie sind designed, den Workflow zu verbessern, indem sie Messverfahrenszeiten reduzieren und Ausschuss verringern, während sie Daten an die Maschinensteuerung zur Analyse und Prozessanpassung übermitteln.

Wie die anderen Spannprodukte des Unternehmens wurde die IQ-Technologie basierend auf Kundeninput entwickelt, um zu bestimmen, wie die Geräte am besten zu designen sind. „Wir müssen sicherstellen, dass wir die Integrität unseres Produkts bewahren und es für zukünftiges Wachstum anpassen“, sagt Hainbuch-Applications-Engineer Jim McCraw. „Das IQ-Futter/Dorn-System macht diesen Schritt nach vorne basierend auf Kundenfeedback, einschließlich wo wir die Sensoren platzieren und welche Datentypen wir zu erfassen versuchten.“

Er fügt hinzu, dass mit Hilfe der Kunden die F&E-Abteilung des Unternehmens die Futter/Dorne während der Entwicklung testen kann, während Raum für zukünftiges Produktwachstum bleibt.

Automatisches Messen und Überwachen

Es ist Tatsache, dass Maschinenbaubetriebe ständig neugierig sind, was in einem Futter oder Spannvorrichtung vor sich geht und wie es das Werkstückergebnis beeinflusst, so McCraw. Daher sind die automatischen Mess- und Überwachungsfunktionen der IQ-Futter und -Dorne eine natürliche Weiterentwicklung in der Spannproduktlinie des Unternehmens.

Das IQ-Futter kann zur Messung des Fertigwerkstückdurchmessers genutzt werden. Diese Daten werden in der Steuerung oder im Mastercomputer verarbeitet und auch auf einem LED-Ring am Futter angezeigt. Foto: Hainbuch America Corp.

Traditionell mussten Maschinenbediener Prozessmerkmale wie Temperatur, Spannkräfte, Steifigkeit und Vibration der Spannvorrichtung und des Werkstücks genau beachten und ihre Erkenntnisse für künftige Nutzung dokumentieren, erklärt McCraw. Erkennend, dass potenzieller menschlicher Fehler und das Verlassen auf die Erfahrung eines Bedieners problematisch sein könnte, designeden Hainbuch-Ingenieure die IQ-Spannvorrichtungen so, dass sie diese Daten automatisch – und genauer – erfassen und an eine Datenbank übertragen.

„So muss ein Bediener nicht versuchen zu verdauen, was in der Maschine passiert, und dann Entscheidungen treffen, wie man es am besten behebt“, sagt McCraw. Mit der IQ-Technologie werden die kritischen Aspekte des Spannprozesses in das Gerät programmiert und es gibt dann präzise Informationen aus, die an die Maschinensteuerung gemeldet werden.

Die Mess- und Überwachungsmöglichkeiten der TopPlus IQ-Spannvorrichtungen umfassen:

• Spannen und Messen in einem Schritt, ohne separate Messmaschine. Diese Eigenschaft kann detektieren, ob der korrekte Durchmesser in der vorgelagerten Bearbeitung erzeugt wurde.
• Werkstückkontakt-Erkennung durch Sensoren im Grundkörper und durch den Dreipunkt-Teileauflagekontakt am Werkstück-Anschlag. Die Sensoren können potenziell Späne am Werkstück-Anschlag detektieren, ohne komplexe Luftsensorik mit Drehführung und Rohrleitung.
• Temperaturmessung der Spannvorrichtung. Diese Fähigkeit kann graduelle Temperaturänderungen durch den Bearbeitungsprozess detektieren.
• Drehzahlmessung der Spannvorrichtung. Die Geschwindigkeit zu kennen, kann ideal für Condition Monitoring zur Erstellung von drehzahlbasierten Analysediagrammen und Trägheitsverlust-Erkennung sein.
• Kontinuierliche Spannkraftüberwachung direkt am Werkstück. Abweichung von einem kalibrierten Spannkraftwert wird so bestimmt, liefert aber keine absolute Messung. Die Überwachung kann detektieren, ob die Hydraulikeinheit/Spannzylinder-Spannkraft für das Werkstück geeignet ist. Zusätzlich ermöglicht die Analyse der Spannkraftmessdaten zuverlässige Prozessfertigung und ist ein wichtiger Bestandteil bedarfsorientierter Wartung.

Obwohl all diese Informationen erfassbar sind, wählen viele Maschinenbaubetriebe nur bestimmte Informationen, die sie für ihre Anwendungen als hilfreichste empfinden. Dieser Prozess ist eine berührungslose Übertragung von Daten und Energie zwischen dem rotierenden Spannvorrichtung und dem Stator, der am Spindelkopf fixiert ist.

Es gibt drei Wege, wie IQ-Spannvorrichtungen für Messen/Überwachen genutzt werden können: 1) an der Maschine; 2) beim Werkzeughandling, und 3) an einer Messstation. Foto: Hainbuch America Corp.

Datenverteilung

Der Maschinenbaubetrieb kann bestimmen, welche Daten von der IQ-Technologie erfasst werden und was damit geschieht – manuell oder automatisch. Eine Option: Das IQ-Futter/Dorn zeigt bestimmte Informationen auf einer grafischen Benutzeroberfläche oder Anzeige an – die Daten direkt von den Sensoren an den Bediener zur Reaktion. Oder das IQ-Spannsystem kann so programmiert werden, dass Daten in die Maschinensteuerung zurückfließen und die Werkzeugmaschine daraufhin entweder Anpassungen basierend auf Sollwerten vornimmt oder sogar Backup-Werkzeug aktiviert, wenn Verschleißpunkte erreicht sind. Der Kunde arbeitet mit dem Maschinenbauer zusammen, um den gewünschten Pfad – oder Reaktionen – einzurichten, aktiviert durch die Maschinensteuerung.

„Manche Shops wollen den Prozess so automatisiert und remote wie möglich“, erklärt McCraw. „Es hängt davon ab, wie kritisch der Prozess ist und wie viel Interface sie den Bedienern geben wollen.“

Außerdem müssen Maschinenbaubetriebe den Typ des Konnektivitätsschleife berücksichtigen, in den sie sich einbinden wollen, so McCraw. Unternehmen können nicht nur Daten aussenden und teilen, sondern auch geteilte Informationen empfangen.

Das IQ-Futter kann an der Maschine für Werkstückdurchmesser, Temperatur, Drehzahl, Werkstückkontakt und Werkstückspannkraft genutzt werden. Daten werden in der Steuerung oder im Mastercomputer verarbeitet und auf dem Maschinenpanel angezeigt. Foto: Hainbuch America Corp.

Von der IQ-Technologie erfasste Daten können innerhalb des Unternehmens, innerhalb einer Unternehmensfamilie oder mit gewählten Netzwerken geteilt werden. Datenteilung und Informationsprivatsphäre müssen im System sorgfältig berücksichtigt und überwacht werden.

Der gewählte Konnektivitätsschleifentyp bestimmt, wie die Datenübertragung funktioniert. Generell senden die IQ-Sensoren Informationen über ein Fieldbus-System direkt an eine Maschinensteuerung oder an eine grafische Benutzeroberfläche. Die Daten können auch in ein Fabriknetzwerk in ein zentrales System fließen, das diese Daten zusammen mit anderen Daten anderer Fabrikarbeitsplätze nutzt, um die Gesamtprozesse und -ausgaben der Fabrik digital zu orchestrieren. Dieses zentrale Steuerungssystem kann dann mit externen Lieferanten und Ressourcen verknüpft werden, um deren Daten zur Anpassung interner Operationen zu nutzen.

„Hier kann das Gateway zum Internet of Things expandieren und entweder diese Daten mit entfernten Ressourcen teilen oder relevante geteilte Daten von anderen Quellen aufnehmen“, sagt McCraw.

Die Rolle des Bedieners

Obwohl das IQ-Futter/Dorn-System als automatisch gilt, wird es vom Bediener gelehrt, was zu tun ist, und ist daher kein komplett hands-off

Dieser IQ-Dorn dient der Messung der Fertigbohrung. Datenverarbeitung erfolgt in der Steuerung oder im Mastercomputer und kann über ein Display an der Messstation ausgegeben werden. Foto: Hainbuch America Corp.

Gerät. Auch, je nach spezifischer Anwendung, kann menschlicher Input sehr wertvoll sein. Zum Beispiel muss ein Bediener erkennen, wenn bestimmte Technologie nicht korrekt funktioniert, und dann eingreifen, wenn nötig.

In den meisten dieser automatisierten Systeme streben Kunden nach Prozesskontrolle und haben konsistente Reaktionen auf Symptome, die adressiert werden müssen. „Wenn sie also manuell auf ein Symptom reagieren, das ihnen von einem Sensor zurückgemeldet wurde, wird der End-Effekt der IQ-Technologie nur so zuverlässig sein, wie der Bediener das Problem korrigiert“, erklärt McCraw. Mit automatischer Kompensation in der Maschinensteuerung treffen Maschinen immer Entscheidungen basierend auf Fakten, die in sie programmiert wurden. So sehr Technologie auf uns angewiesen ist, müssen wir uns auf Technologie verlassen. Wir sind aufeinander angewiesen für Genauigkeit, fügt er hinzu.

Stück für Stück Automation

Hainbuchs TopPlus IQ-Spanntechnologie ermöglicht Shops, automatisierte Prozesse wie beschrieben schrittweise zu integrieren. Ein oder zwei Sensoren, Futter oder Messstationen können nach und nach in eine Werkzeugmaschine integriert werden, sodass Automation nicht auf einmal geschehen muss.

„Ich denke, je mehr Menschen die Vorteile der Implementierung von Automation im kleinen Maßstab erkennen, desto einfacher ist es, sie mit größeren Investitionen zu rechtfertigen“, erklärt McCraw.

Die Vorteile dieser intelligenten Spannvorrichtungen sind klar, besonders für Hochproduktionsanwendungen. Die automatischen IQ-Futter und -Dorne steigern Maschinenproduktivität und Prozesskapazität, gewährleisten einen notwendigen Wartungsplan, überwachen definierte Spannkräfte und dokumentieren Ergebnisse zur Replikation von Folgeprojekten.

Hainbuch America Corp. | hainbuchamerica.com