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Forschungsprojekt Werkzeuglänge während des Fräsens variieren

| Redakteur: Beate Christmann

Im Forschungsprojekt Pinocchio entwickeln Fraunhofer-Forscher ein Werkzeughaltersystem, das die Werkzeuglänge während des Fräsvorgangs flexibel anpassen soll. Eine integrierte Sensorik soll die Schwingungen der Fräswerkzeuge ermitteln und diese anhand einer Software um bis zu 50 % reduziert werden können.

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Je länger die Auskragung eines Fräswerkzeugs, desto schwingungsanfälliger ist es – Fraunhofer-Forscher entwickeln einen Werkzeughalter, der die Werkzeuglänge automatisch an das zu bearbeitende Bauteil anpasst.
Je länger die Auskragung eines Fräswerkzeugs, desto schwingungsanfälliger ist es – Fraunhofer-Forscher entwickeln einen Werkzeughalter, der die Werkzeuglänge automatisch an das zu bearbeitende Bauteil anpasst.
(Bild: Fraunhofer-IPT)

Kundenanforderungen werden individueller, Produktionen müssen dementsprechend flexibler werden. Das hat auch Folgen für zerspanende Fertigungsverfahren: Weil die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge wächst, kommt eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen mit zum Einsatz. Je länger dabei die Auskraglänge, desto geringer ist ihre Steifigkeit. Das wiederum macht die Werkzeuge besonders schwingungsanfällig und wirkt sich nicht nur negativ auf ihre Standzeit aus, sondern beschädigt im schlimmsten Fall sogar das zu bearbeitenden Bauteil.

Software reduziert Schwingungen

Im Forschungsprojekt Pinocchio entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT deswegen gemeinsam mit drei Industriepartnern ein Werkzeughaltersystem, das die Werkzeuglänge während der Bearbeitung automatisch variieren soll. Eine integrierte Sensorik soll Schwingungen der Fräswerkzeuge ermitteln und diese anhand einer Software um bis zu 50 % reduzieren. Das Ergebnis sollen eine gesteigerte Produktivität des Bearbeitungsprozesses sowie die Senkung der Fertigungskosten sein, verursacht durch längere Werkzeugstandzeiten, kürzere Rüstzeiten und seltenere Werkzeugwechsel. Das macht das System nach Ansicht der Entwickler 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.

Unterstützung durch das BMBF

Das zweijährige und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt läuft von Oktober 2016 bis September 2018 und wird im Programm „KMU-Innovativ: Produktionsforschung des BMBF“ mit einer Gesamtsumme von 569.670 € unterstützt.

Projektpartner:

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
  • Hugo Reckerth, Filderstadt
  • Innoclamp, Aachen
  • Trepels-Genter, Aachen

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