CNC-Werkzeugbruch vermeiden: Bewährte Strategien zur Reduzierung von Werkzeugausfällen

Werkzeugbruch war schon immer eine Herausforderung für Zerspanungsbetriebe. Diese Brüche können während regulärer Bearbeitungszyklen durch Werkzeugverschleiß entstehen, der schließlich zum Ausfall führt. Sie können aber auch durch falsche Einstellungen, menschliches Versagen, Maschinenstörungen oder andere Gründe verursacht werden.

Wenn Werkzeuge brechen, häufen sich die Kosten. Stillstandzeiten bedeuten weniger Erstqualitätsteile und potenziell verpasste Liefertermine. Zudem steigen Arbeits- und Materialkosten durch Ausschuss und zusätzlichen Aufwand für nachbearbeitbare Teile.

In den letzten Jahren haben sich jedoch präzise und zuverlässige Werkzeugüberwachungssysteme entwickelt, die in Verbindung mit der Produktionsüberwachung die Werkzeugstandzeit verlängern oder deren Ausfall vorhersagen können.

Dieser Artikel definiert Werkzeugbruch, diskutiert gängige Erkennungstechnologien und zeigt Wege auf, kostspielige Brüche zu vermeiden.

Was ist CNC-Werkzeugbrucherkennung?

In der CNC-Bearbeitung kommen vielfältige Werkzeuge zum Einsatz. Die Werkzeugbrucherkennung besteht aus Steuerungssystemtechnologien, bei denen ein Werkzeugbruch dem Bediener signalisiert wird.

Bei diesen Alarmen kann der Bearbeitungszyklus stoppen, sodass Bediener das Werkzeug tauschen und Maschinenschäden verhindern können. Je nach Bruchart kann die Erkennung helfen, ein Teil vor dem Ausschuss zu retten.

Arten von Werkzeugbrucherkennungstechnologien

Die Werkzeugbrucherkennung bietet zahlreiche Vorteile:

• Höhere Genauigkeit
• Weniger Ausschuss und Nacharbeit
• Niedrigere Kosten
• Höhere Effizienz
• Geringerer Bedienereingriff

In der CNC-Bearbeitung werden verschiedene aktive Technologien eingesetzt, um diese Vorteile zu realisieren. Das Erkennungssystem kann aus einer oder mehreren der folgenden Technologien bestehen.

Sie sind oft mit Produktionsüberwachungssystemen verknüpft und idealerweise mit IIoT-Plattformen, die Werkzeugdaten in der Cloud analysieren, um zukünftige Brüche besser vorherzusagen. Eine Innovation im Bereich der berührungslosen Technologien ist die Nutzung von Hochfrequenzdaten, die helfen, Ausfälle zu diagnostizieren, vorherzusagen und zu vermeiden. Diese Technologie kommt ohne Sensoren aus und nutzt Echtzeitdaten, die mit extrem hoher Rate erfasst werden, um präzise Erkennungsmodelle für Werkzeugausfälle zu erstellen.

Kabelgebundene Technologien

Kabelgebundene Brucherkennungssysteme sind einfach aufgebaut. Die Hardware zur Brucherkennung ist physisch an den kritischen Maschinenkomponenten angebracht, an denen Brüche auftreten können. Sie sind meist günstiger als andere Technologien, da die Kommunikationsgeräte nicht in die Hardware eingebettet werden müssen.

Kabelgebundene Systeme eignen sich gut für die Werkzeugbrucherkennung an Maschinen mit einfachen Bewegungsabläufen. Entscheidend sind jedoch Analysequalität, Alarm- und Reaktionsgeschwindigkeit. Kabelgebundene Systeme sind nur so gut wie ihre Reaktionsgeschwindigkeit, Analysequalität und die gewonnenen Erkenntnisse.

Ein Vorteil kabelgebundener Technologie ist die direkte Anbindung an eine werksweite Werkzeugüberwachungslösung. Dies verbessert die Analysequalität von Werkzeugbrüchen erheblich und ermöglicht den Einsatz prädiktiver und präskriptiver Strategien für längere Werkzeugstandzeiten und weniger Brüche.

Kabellose Technologien

Kabellose Technologien sind ebenso präzise wie kabelgebundene. Eine Überlegung ist die Reichweite der Funkhardware zum Controller oder zum Zugriffspunkt der Plattform, die die Produktion überwacht und Alarme sendet. In den meisten Werkstätten ist die Reichweite kein Problem.

Bei der kabellosen Brucherkennung kommen meist Bluetooth oder klassische RF-Technologie zum Einsatz. Mit dem Fortschritt der Funktechnik beginnen Bluetooth-fähige Geräte – insbesondere Bluetooth Low Energy – RF abzulösen. Kabellose Systeme können direkt mit Werkzeugüberwachungssoftware kommunizieren. Dies automatisiert die Überwachung von Werkzeugverschleiß und -bruch und erkennt nicht nur den Bruch, sondern auch das Annähern an den Ausfallpunkt.

Berührende Technologien

Berührende Erkennungstechnologien nutzen einen Taster, eine Auflage oder ein anderes Endstück, um festzustellen, ob ein Werkzeug gebrochen ist. Taster können fest oder beweglich sein, je nach Maschinentyp. Werkzeuge kontaktieren die Taster, um den Bruch zu detektieren. Berührende Systeme können sowohl mit kabelgebundenen als auch kabellosen Systemen kombiniert werden.

Wie kabelgebundene Technologien sind berührende Systeme eine physische Methode zur Brucherkennung. Diese Kontaktgeräte können in kabelgebundenen und kabellosen Systemen an die Überwachungssoftware angebunden werden, um die Brucherkennung in Echtzeit zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass das sofortige Stoppen der Maschine bei Erkennung automatisiert werden kann, um Maschinenschäden zu verhindern und Material vor dem Ausschuss zu bewahren.

Berührungslose Technologien

Die gängigste berührungslose Brucherkennungstechnologie ist der Laser. Laser eignen sich ideal für die Erkennung von Brüchen bei hochdrehenden Werkzeugen. Sie sind auch bei Werkzeugen nützlich, die thermische Überwachung erfordern, da diese unter übermäßiger Hitze verformen oder brechen können. Laser messen jedoch nur in zwei Dimensionen. Für die dritte Dimension werden sie mit berührender Technologie gekoppelt, um die Dritt-Dimensions-Daten zu erfassen.

Eine weitere berührungslose Technologie ist der Einsatz von Kameras. Kameras eignen sich besser für kleine Werkzeuge als Laser. Der Laserstrahl ist oft breiter als das kleine Werkzeug, während Kameras Brüche durch hochauflösende Bilder beim Fräsen mit kleinen Werkzeugen erkennen können.

Werkzeugbrüche auf ein Minimum reduzieren

Werkzeugbrüche lassen sich durch Best Practices und Detailgenauigkeit minimieren. Dies senkt die Werkzeugkosten und die gesamten Produktionskosten. Zu den Best Practices gehören:

• Strenge Kontrolle der durchschnittlichen Anzahl von Werkzeugbaugruppen und -dokumenten, damit sie für jeden Lauf korrekt eingerichtet sind.
• Überprüfung der Rüstzeiten auf Ursachen problematischer Läufe, die durch Rüstjustierungen reduziert werden können.
• Einbeziehung der Werkzeugqualität in Verbesserungsbemühungen. Das richtige Schneidwerkzeugmaterial hängt von den Aufträgen der Werkstatt ab; minderwertiges Material kann die Kosten erhöhen.
• Einsatz von Produktionsüberwachungssoftware. Fortschrittliche Systeme wie MachineMetrics ermöglichen tiefe Einblicke in die Bruchursachen, um verbesserte prädiktive Strategien zur Bruchminderung zu entwickeln.

Häufige Fehler bei Schneidwerkzeugbrüchen

Fehler können zu Werkzeugbrüchen führen. Hier sind Beispiele häufiger Fehler:

1. Falscher Werkzeughalter oder falsche Werkzeugmontage: Die Wahl der richtigen Werkzeugkombination ist entscheidend – dazu gehören der passende Halter, die Werkzeuglänge und das Werkzeugprofil.
2. Falsches Werkzeug: Die Wahl des richtigen Werkzeugs für das Material kann den Unterschied zwischen gebrochenem Werkzeug und gutem Teil ausmachen. Oft werden Werkzeuge nicht auf das Material abgestimmt.
3. Falsche Geschwindigkeit: Auf der Autobahn tötet Geschwindigkeit. In der CNC-Bearbeitung ist der Fehler oft eine zu niedrige Geschwindigkeit für den Schnitt.
4. Falscher Werkzeugpfad: Dieser grundlegende Programmierfehler berücksichtigt komplexe Merkmale im Werkzeugpfad nicht.

BC Machining setzt auf MachineMetrics für prädiktive Werkzeugüberwachung

Als BC Machining Hilfe bei anhaltendem Werkzeugbruch und hohen Ausschussraten suchte, wandte sich das Unternehmen an MachineMetrics. BC Machining bedient die Medizintechnik, Rüstung, Transport- und Elektrowerkzeugindustrie – Bereiche, in denen Präzision kritisch ist.

BC Machining verzeichnete übermäßigen Werkzeugbruch an ihren Schweizer CNC-Drehautomaten, was sowohl am Bruchpunkt als auch bei nahendem Werkzeugende zu Ausschuss führte, da Teile aus dem Toleranzbereich abwichen.

Mithilfe der MachineMetrics-Lösung – Erfassung von Hochfrequenzdaten und Analyse durch fortschrittliche Algorithmen – konnte BC Werkzeugbrüche erkennen und Ausschussteile verhindern.

Der Rückgang an verlorenen Teilen, Sortieraufwand und Unsicherheit resultierte in einer nahezu 100-prozentigen Fehlererkennung und einer jährlichen Ersparnis von 72.000 $ pro Maschine.

Lesen Sie die vollständige Fallstudie mit BC Machining.

MachineMetrics bietet ein Überwachungssystem für die Werkzeugbewertung, das Daten direkt an der Quelle – der CNC-Maschine selbst – erfasst. Durch benutzerdefinierte Algorithmen zur Überwachung der Drehmomentnutzung können Eingaben als Zeitreihenereignisse oder Machine-Learning-Modelle in das System eingespeist werden, um Werkzeugausfälle präzise vorherzusagen.

Der Hochfrequenz-Datenadapter von MachineMetrics erkennt Probleme und analysiert die Daten am Edge, um Lösungen zu automatisieren und Personal vor dem Ausfall zu warnen – wodurch teurer Ausschuss und Stillstandzeiten vermieden werden. Mit fortschrittlicher Maschinendiagnostik wird die Werkzeugnutzung optimiert und in ein aggressives, vollautomatisches Predictive-Maintenance-System integriert. Um zu sehen, wie MachineMetrics Ihnen helfen kann, die Gesundheit Ihrer Werkzeuge in den Griff zu bekommen, buchen Sie noch heute eine Demo mit unserem Team.