Prozessoptimierung durch dynamische Anpassung der Werkzeuglänge

Im Verbundprojekt Pinocchio entwickeln wir gemeinsam mit unseren Partnern aus der Forschung und Industrie ein Werkzeughaltersystem, 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 wirtschaftliche und produktive Bearbeitung ermöglichen.

Das Werkzeughaltersystem Pinocchio ermöglicht eine flexible Anpassung der Werkzeuglänge und realisiert hierdurch eine wirtschaftliche Bearbeitung
Das Werkzeughaltersystem Pinocchio ermöglicht eine flexible Anpassung der Werkzeuglänge und realisiert hierdurch eine wirtschaftliche Bearbeitung

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 sehr unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen eine sehr große Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge vorgehalten werden muss. Insbesondere bei Werkstücken mit tiefen Kavitäten 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 mit sehr kleinen Vorschüben durchgeführt, um Prozesskräfte niedrig zu halten.

 

Inhalt des Projekts Pinocchio ist die konstruktionsmethodische Erarbeitung geeigneter Lösungsvarianten zur Gestaltung des adaptiven Werkzeughaltersystems, sowie deren Herstellung, Demonstration und Evaluation in Prototypen. Es wird ein Antriebssystem entwickelt, welches eine robuste Variation der Werkzeugauskraglänge ermöglicht. Die Integration von Sensorik für die Messung der Werkzeugauskraglänge sowie von Schwingungen wird von zentraler Bedeutung für dieses Projekt sein. Darüber hinaus wird eine Software zur Steuerung und Regelung der Werkzeugauskraglänge in Abhängigkeit der Prozessstabilität entwickelt.

 

Das Ergebnis des Projekts Pinocchio ist ein serienreifes Werkzeugspannsystem, welches eine Variation der Werkzeugauskraglänge während der Fräsbearbeitung ermöglicht.

 

Die Steifigkeitserhöhung des Werkzeugs führt zu einer Schwingungsreduktion um bis zu 50%, sodass eine höhere Oberflächengüte des Werkstücks erreicht wird. Die Schwingungsreduktion führt zu einer deutlichen Erhöhung der Werkzeuglebensdauer. Ein weiterer Vorteil von Pinocchio ist, dass Werkzeugwechsel- und Werkzeugrüstzeiten reduziert oder vermieden werden. Die Produktivität im Zerspanprozess wird deutlich erhöht und die Fertigungskosten werden reduziert.

 

Das Projekt wird im Rahmen des Programms »KMU-innovativ: Produktionsforschung des BMBF« von November 2016 bis Oktober 2018 mit einer Gesamtsumme von 569.670 Euro gefördert.

 

Projektpartner

  • Fraunhofer IPT, Aachen
  • Hugo Reckerth GmbH, Filderstadt
  • Innoclamp GmbH, Aachen
  • Trepels-Genter GmbH, Aachen