Längere Standzeiten und eine höhere Produktivität von Fräswerkzeugen: Im Forschungsprojekt »Pinocchio« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein Werkzeughaltersystem, mit dem die Werkzeuglänge während der Bearbeitung automatisch variiert werden kann. Das System reguliert damit gleichzeitig die Schwingungen der Fräswerkzeuge, die sowohl Werkzeuge als auch Bauteile beschädigen oder gänzlich unbrauchbar machen können. Eine integrierte Sensorik ermittelt diese Schwingungen und reduziert diese anhand einer Software um bis zu 50 Prozent.
Mit der wachsenden Vielfalt an Produkten, die durch zerspanende Produktionsverfahren hergestellt werden, steigt auch die Anzahl an Bearbeitungsvorgängen, die eine Vielzahl an unterschiedlichen Werkzeugen erfordern. Bauteile mit tiefen Hohlräumen und schlechter Zugänglichkeit erfordern beispielsweise Werkzeuge mit großer Auskraglänge. Je länger jedoch die Auskragung der Werkzeuge ist, desto geringer ist ihre Steifigkeit. Das macht die Werkzeuge besonders schwingungsanfällig und wirkt sich nicht nur negativ auf ihre Standzeit aus, sondern beschädigt im schlimmsten Fall sogar das zu bearbeitende Bauteil.
Im Projekt »Pinocchio«, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, entwickelt das Fraunhofer IPT deshalb gemeinsam mit drei Industriepartnern einen Werkzeughalter, der eine flexible Anpassung der Werkzeuglänge erlaubt und damit den gesamten Fräsprozess optimiert: Längere Werkzeugstandzeiten, kürzere Rüstzeiten und seltenere Werkzeugwechsel steigern die Produktivität des Bearbeitungsvorgangs und senken gleichzeitig die Fertigungskosten. Das macht das System vor allem für den Einsatz im Turbomaschinenbau sowie im Werkzeug- und Formenbau interessant.
Das Fraunhofer IPT leitet im Projekt die Entwicklung des Werkzeughaltersystems. Um Erkenntnisse über das Schwingungsverhalten der Werkzeuge und über die Prozessstabilität zu gewinnen, werden Fräsversuche an Demonstratorbauteilen durchgeführt. Parallel dazu haben die Projektpartner die technologischen Anforderungen an das Werkzeughalterungssystem definiert: Verschiedene Konzepte zur Energieversorgung sollen ausgearbeitet, ein Demonstrator und eine Fräsmaschine ausgewählt sowie eine Steuerung zur Veränderung der Auskraglänge entwickelt werden. Außerdem wählt das Projektkonsortium Sensoren, Aktoren sowie eine Lineareinheit aus, die für die Regulierung der Auskraglänge und für die Prozessüberwachung wichtig sind. Diese mechatronischen Komponenten werden durch eine intelligente Regelung untereinander vernetzt und in Fräsprozess integriert. Anhand computergestützter Simulationen wie der Finite-Elemente-Methode und der Mehrkörpersimulation werden die Strukturmechanik des Werkzeughalters und die dynamische Bewegung der auskragenden Werkzeughülse optimiert. Anschließend wird das neu entwickelte System in eine konventionelle Fräsmaschine integriert und für den industriellen Einsatz erprobt.
Das zweijährige Projekt läuft von Oktober 2016 bis September 2018 und wird im Programm »KMU-innovativ: Produktionsforschung des BMBF« mit einer Gesamtsumme von 569 670 Euro gefördert.
Projektpartner
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Hugo Reckerth GmbH, Filderstadt
- Innoclamp GmbH, Aachen
- Trepels-Genter GmbH, Aachen
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