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Blitzschneller Maschinenstopp verhindert teure Schäden - Teil 1/2

November 2013
21
Autor: ifm Redaktion
Firma: ifm electronic gmbh
Blitzschneller Maschinenstopp verhindert teure Schäden - Teil 1/2
Um die hohen Qualitätsansprüche zu erfüllen, kommt es bei Werkzeugmaschinen auf eine fehler- und störungsfreie Bearbeitung des Werkstücks an. Aufgrund hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit und Prozesskräfte sind schnell reagierende Diagnosesysteme gefragt, die auftretende Schäden am Werkzeug oder Kollisionen während der Bearbeitung sofort erkennen, den Prozess blitzschnell stoppen und damit Schäden an Maschine und Werkstück verhindern. Die permanente Schwingungsdiagnose mit dem efector octavis von ifm hat sich hier als optimaler Schadensbegrenzer erwiesen.

„Wie durch Butter“ arbeiten sich Fräsköpfe mit unvorstellbaren Drehzahlen durch Metallblöcke, Drehmeißel erzeugen mikrometergenaue Wellen und Bohrer setzen exakte Bohrlöcher.
Sämtliche Arbeitsschritte werden heute von computergesteuerten 5-Achs-Fräs-Drehmaschinen vollautomatisch erledigt. Diese erschaffen so in kürzester Zeit Formen für die Kunststoffspritztechnik, Zylinderköpfe und Wellen für Motoren oder Prothesen für die Medizintechnik.

Zeit ist Geld! Deshalb sind die Arbeitsprozesse auf größtmögliche Geschwindigkeit ausgelegt. Doch damit diese Effizienz nicht zu Lasten der Produktqualität geht, sind technische Maßnahmen erforderlich, um mögliche Störungen während der Bearbeitung sofort zu erkennen und die Maschine unverzüglich zu stoppen. Nur so wird ein vermeidbarer Schaden von Werkstück oder Maschine verhindert.

Die Firma DECKEL MAHO Seebach GmbH, einer der führenden Hersteller in diesem Bereich, baut Dreh- und Fräsmaschinen in unterschiedlichsten Ausführungen und Leistungsklassen. Das Portfolio reicht von kleinen Maschinen zur Einzelteilfertigung in kleinen Handwerksbetrieben bis hin zu Anlagen mit Tischbreiten bis zu 6 Metern für großformatige industrielle Serienfertigungen.

Kleiner Fehler, große Wirkung
Von den außergewöhnlichen Prozesskräften sieht man nichts, wenn sich die Fräsköpfe scheinbar mühelos mit extremen Drehzahlen durch das Material arbeiten. Doch die Beanspruchung stellt enorme Anforderungen an die Werkzeuge.Trotz höchster Qualität ist kein Anwender davor geschützt, dass Werkzeuge während der Bearbeitung beschädigt werden. Selbst ein kleiner mechanischer Defekt hat weitreichende Folgen, wenn er während der Bearbeitung auftritt. So kann ein abgebrochener Zahn eines Fräskopfes das Werkstück schädigen und unbrauchbar machen. Bei Arbeiten an komplexen Werkstücken, wie etwa einem Motorblock, kann dies einen teuren Schaden verursachen. Nicht nur das wertvolle Werkstück wird unbrauchbar, auch die geforderte Stückzahl kann nicht mehr eingehalten werden. Der Fertigungsprozess wäre empfindlich gestört.

Ungewöhnliche Vibrationen verraten Werkzeugfehler
Deshalb bietet die DECKEL MAHO Seebach GmbH für seine Werkzeugmaschinen eine automatische Fehlererkennung an: Das Machine Protection Control, kurz MPC genannt. Herzstück des Systems ist ein hochempfindlicher und extrem zuverlässiger Schwingungssensor vom Sensorik-Spezialisten ifm electronic gmbh.
 
Trotz höchster Qualität ist kein Anwender davor geschützt, dass Werkzeuge während der Bearbeitung beschädigt werden. Selbst ein kleiner mechanischer Defekt hat weitreichende Folgen, wenn er während der Bearbeitung auftritt. So kann ein abgebrochener Zahn eines Fräskopfes das Werkstück schädigen und unbrauchbar machen. Bei Arbeiten an komplexen Werkstücken, wie etwa einem Motorblock, kann dies einen teuren Schaden verursachen. Nicht nur das wertvolle Werkstück wird unbrauchbar, auch die geforderte Stückzahl kann nicht mehr eingehalten werden. Der Fertigungsprozess wäre empfindlich gestört.

Ungewöhnliche Vibrationen verraten Werkzeugfehler
Deshalb bietet die DECKEL MAHO Seebach GmbH für seine Werkzeugmaschinen eine automatische Fehlererkennung an: Das Machine Protection Control, kurz MPC genannt. Herzstück des Systems ist ein hochempfindlicher und extrem zuverlässiger Schwingungssensor vom Sensorik-Spezialisten ifm electronic gmbh.

Der kompakte Schwingungssensor ist fest in einer Bohrung im Spindelkopfgehäuse eingeschraubt. Dort erfasst er während des Bearbeitungsprozesses kontinuierlich das Schwingungsverhalten. Die Empfindlichkeit ist so hoch, dass der mikromechanische Beschleunigungssensor selbst die geringe Unwucht eines abbrechenden Zahns eines millimetergroßen Fräskopfes über die auftretende Unwucht erkennt.

Veränderungen in den Schnittkräften, etwa durch stumpfe Bohrer oder ein Spänestau, werden über das veränderte Schwingungsverhalten erkannt.
Jedem Werkzeug können individuelle Toleranzgrenzen zugeordnet werden, z. B. eine Warn- und eine Abschaltschwelle. Bei letzterer wird die rotierende Werkzeugspindel über den Befehl „Spindel-Vorschub-Halt“ gestoppt, um ein Freischneiden zu ermöglichen. Damit werden Beschädigungen am wertvollen Werkstück zuverlässig verhindert.
 
Kollision erkennen
Eine weitere Funktion des MPC ist die Kollisionserkennung. In der Serienfertigung wird der komplette Fräs-, Dreh- und Bohrvorgang in der Regel mittels Simulation geprüft. Programmbedingte Kollisionen von Werkzeug und Werkstück werden damit sicher erkannt und in der Programmierung berücksichtigt. Doch insbesondere bei der Einzelteilfertigung in kleineren Betrieben kann es durch Unachtsamkeit in der Programmierung zur Kollision zwischen Werkzeug und Werkstück oder Maschinenteilen kommen.

Eine weitere Gefahr sind Beschädigungen durch mechanische Unregelmäßigkeiten.
Fährt ein Fräser beispielsweise in ein Werkstück mit zu großem Aufmaß, lösen die erhöhten Vibrationen einen verzögerten Stopp durch das MPC aus, bevor Werkstück oder Werkzeug ernsthaft beschädigt werden. Reaktionen im Bereich von 1 ms verhindern ernsthafte Folgeschäden.
Das integrierte Logbuch speichert neben den Belastungsdaten auch Anzahl und Zeitpunkt von Kollisionen, was eine nachträgliche Fehleranalyse erleichtert.

Spindellager überwachen
Die dritte Schutzfunktion, die die Schwingungsdiagnose quasi als Nebeneffekt mitbringt, ist die Zustandsüberwachung der Spindel an sich. In einem Referenzlauf wird das Schwingungsverhalten des Wälzlagers eingemessen und als „Gut-Wert“ gespeichert. Verschleiß in den Lagern der komplexen Spindelmechanik wird durch ungewöhnliches Schwingungsverhalten erkannt. Bei Überschreitung einstellbarer Toleranzen wird eine Fehlermeldung ausgegeben. So findet eine permanente Zustandsüberwachung statt, die dem Betreiber zusätzliche Sicherheit bietet.

Wie Schwingungsdiagnose funktioniert stellen wir im nächsten Teil vor
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