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Messsysteme zur Werkzeug-überwachung

Systeme zur Werkzeugüberwachung, Maschinen- und Prozessüberwachung für Werkzeugmaschinen

Hohe Produktivität in Verbindung mit niedrigen Fertigungskosten und hoher Werkstückqualität sind wesentliche Voraussetzungen für Wirtschaftlichkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit in der zerspanenden Industrie. Die Anforderungen in der zerspanenden Fertigung sind branchenübergreifend sehr hoch und je nach Fertigungsverfahren bzw. Werkstück sehr unterschiedlich. 

Herausforderungen in der Mikrozerspanung

So gelten insbesondere in der Mikrozerspanung auf Langdrehmaschinen höchste Präzisions-Anforderungen an Werkstück, Maschine und Werkzeug. Bei der Zerspanung von Kleinstdrehteilen wie Uhrenkomponenten, oder medizinischen Komponenten wie beispielsweise Knochenschrauben, kann bereits der kleinste Mikroausbruch im Bereich von wenigen µm an der Schneidkante zu einer steigenden Schnittkraft und Vibrationen führen. Dies wiederum kann eine unerwünschte Verdrängung des Werkstücks sowie Unregelmäßigkeiten in der Werkstückoberfläche und schließlich Ausschusskosten zur Folge haben. 

Herausforderungen in der Grobbearbeitung

Bei der Grobdrehbearbeitung von Werkstücken mit größeren Durchmessern ist das Risiko einer Verdrängung des Werkstücks deutlich reduziert, die Schnittkräfte hingegen sind wesentlich höher. Entsprechend entscheidet in diesem Fall der Werkzeugverschleiß über die Wirtschaftlichkeit. Auch hier liefert die Überwachung der Schnittkraft relevante Informationen und Trends, die es erlauben, indirekt die Spanabfuhr und die Werkzeugstandzeit zu überwachen und die Werkzeugstandzeit bestmöglich zu nutzen.

Werkzeugverschleiß erkennen und Werkzeugbruch vermeiden

Da Maschinen heute oft unbemannt und rund um die Uhr arbeiten und es unterschiedliche Einflussgrößen gibt, die sich auf Bearbeitungsprozesse auswirken, ist eine permanente Überwachung der Zerspanprozesse erforderlich. Die Zerspankraftüberwachung hat den Vorteil, dass direkt am Punkt des Geschehens überwacht wird und dadurch sowohl werkzeugseitige als auch werkstückseitige Anomalien auffallen.

Eine kontinuierliche Überwachung der Zerspanprozesse, der Schneid-Werkzeuge und der Werkzeugmaschinen liefert wertvolle Echtzeitdaten und die Grundlage für prozesssichere, produktive und reproduzierbare Bearbeitungsverfahren. Im Idealfall ermöglicht diese den Anwendern, sofort auf Abweichungen im Prozess zu reagieren: Werkzeugverschleiß frühzeitig zu erkennen und Werkzeugbruch zu vermeiden, damit es gar nicht erst zu zeit- und kostenintensiven Folgen wie ungeplanten Maschinenstillständen, Maschinenschäden, Qualitätseinbußen und Ausschuss kommt.

Umsetzung autonomer, hochpräziser und wettbewerbsfähiger Zerspanungsprozesse mit maximaler Prozesssicherheit und langen Werkzeugstandzeiten – ob auf Langdreh-, Einzweck- oder CNC-Maschinen mit rotierenden Systemen.

Vorteile von Messsystemen von Kistler zur Werkzeug-, Prozess- und Maschinenüberwachung: höhere Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit

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  • Bessere Maschinenauslastung (Steigerung der Overall Equipment Efficiency OEE)
  • Optimale Nutzung der Werkzeugstandzeiten (dank Überwachung des Werkzeugzustands)
  • Höhere Werkstückqualität (dank Optimierung der Schnittparameter)
  • Effizientere Qualitätssicherung (Materialchargenvergleich, Aussortieren von Ausschuss während der Produktion)
  • Höhere Produktivität
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  • Weniger unerwartete Maschinenstillstände (weil weniger Werkzeugbruch)
  • Geringere Werkzeugkosten
  • Vermeidung von Folgeschäden
  • Weniger Ausschuss und Nacharbeit
  • Schonung knapper Ressourcen (z. B. Arbeitszeit, Energie, Material)
  • Niedrigere Fertigungs- und Stückkosten

Wir liefern applikationsspezifische, einfach zu integrierende Messsysteme, die die Erfassung zuverlässiger Prozessdaten bei Zerspanungsvorgängen ermöglichen. Diese Systeme bilden die Grundlage für die Überwachung und Optimierung Ihrer Zerspanungsprozesse.

Unsere Lösungen für die Werkzeug-, Prozess- und Maschinenüberwachung

Als Experten mit langjähriger Erfahrung in der dynamischen Messtechnik bieten wir praktikable, maßgeschneiderte und nachhaltige und Lösungen für eine Reihe unterschiedlicher Werkzeugmaschinen und Zerspanungsanwendungen. Unsere Systeme für die Werkzeug-, Prozess- und Maschinenüberwachung setzen auf hochsensible piezoelektrische Sensoren, die, entweder im Werkzeug oder in der Maschinenstruktur integriert, komplexe Zerspanungsprozesse in Echtzeit messbar machen.

Profitieren Sie von unserem breiten Applikationswissen. Wir sind Ihr Partner in der Zerspanung, ob beim Nachrüsten im Rahmen eines Retrofit in bestehenden Maschinenparks oder zur kooperativen Entwicklung einer Neuanlage mit integrierter Sensorik. Entdecken Sie von uns entwickelte applikationsspezifische Lösungen für die Industrie.

Systeme zur Werkzeugüberwachung in der Mikrozerspanung auf Langdrehmaschinen

Werkzeugverschleiß erkennen, Werkzeugbruch vermeiden

Die Integration von hochempfindlichen piezoelektrischen Kraftsensoren direkt in die Werkzeughalter von Langdrehmaschinen für die Mikrozerspanung – nahe der Werkzeugschneide, hier ist die einwirkende Kraft am größten – ermöglicht eine präzise und hochauflösende indirekte Messung der Zerspankräfte über den gesamten Bearbeitungsprozess hinweg, vom Schruppen bis zum Schlichten. 

Unsere applikationsspezifische Lösung für die Mikrozerspanung setzt dabei auf das in Zusammenarbeit mit Paul Horn GmbH entwickelte Werkzeug-Schnellwechselsystem „Lineareinheit“ des Piezo Tool Systems (PTS). Durch die geschickte Positionierung der Sensoren zwischen Maschinenschnittstelle und Grundplatte bleiben die Vorteile des schnellen Werkzeugwechsels erhalten. Gleichzeitig können eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeughalter überwacht werden. 

Die Echtzeit-Messung kleinster Schnittkräfte in der Mikrobearbeitung liefert kritische Zerspankraftdaten mit hoher Auflösung. Sie erlaubt die Erfassung kleinster Kraftschwankungen und Vibrationen, die auf Abweichungen im Bearbeitungsprozess infolge von Werkzeugverschleiß hinweisen können. Die Schnittkraftmessung mit dem PTS ermöglicht ein rechtzeitiges Eingreifen (Maschinenstopp), bevor es zu Schäden durch Werkzeugverschleiß oder Werkzeugbruch kommen kann. 

Vorteile der Prozess- und Werkzeugüberwachung in der Mikrozerspanung:

  • Bestmögliche Nutzung der Werkzeugstandzeiten 
  • Minimaler Ausschuss bei hoher Produktqualität
  • Schaffung einer Basis hochauflösender Daten für wichtige Schnittparameter (Vorschub, Schnitttiefe, Spindel-Drehzahl) zur optimalen Programmierung von CNC-Drehmaschinen 
  • Materialchargenvergleich und -überwachung
  • Aussortieren von potenziellen Ausschussteilen
  • Stoppen der Weiterverarbeitung eines Bauteils bei Auffälligkeiten 

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PTS-Lineareinheit mit integrierten Kraftsensoren

Sensorische PTS-Lineareinheit (von Horn) für die Überwachung in Langdrehprozessen. Verfügbar für verschiedene Maschinen (Citizen, Star, Tornos etc.) und Werkzeugspannsysteme

Erfahren Sie mehr

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PTS-Lineareinheit mit integrierten Kraftsensoren

Sensorische PTS-Lineareinheit (von Horn) für die Überwachung in Langdrehprozessen. Verfügbar für verschiedene Maschinen (Citizen, Star, Tornos etc.) und Werkzeugspannsysteme

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Systeme zur Werkzeugüberwachung in CNC-Bearbeitungszentren mit Werkzeugrevolvern

Werkzeugverschleiß erkennen, Werkzeugbruch vermeiden

Unsere applikationsspezifische Lösung zur Werkzeugüberwachung von hochautomatisierten CNC-Drehmaschinen oder Multispindel-Drehmaschinen mit rotierenden Werkzeug-Systemen basiert auf den von der Paul Horn GmbH entwickelten PTS (Piezo Tool System) Werkzeughaltern mit integriertem piezoelektrischem Kraftsensor. Die Signalübertragung vom rotierenden Maschinenelement erfolgt bei rotierenden Systemen über ein telemetrisches Messsystem (TMS). 

Ein breites Portfolio an PTS-Werkzeughaltersystemen für unterschiedliche Drehanwendungen ermöglicht die Messung der Schnittkräfte und Erfassung kleinster Kraftschwankungen, die auf Abweichungen im Bearbeitungsprozess infolge von Werkzeugverschleiß hinweisen können. Dank Echtzeit-Schnittkraftmessung mit dem PTS ist ein rechtzeitiges Eingreifen (Maschinenstopp) in laufende Drehprozesse auf CNC-Bearbeitungszentren möglich, bevor es zu Schäden durch Werkzeugverschleiß oder Werkzeugbruch kommt – vom Schrupp- bis hin zum Schlichtprozess.

Vorteile der Prozess- und Werkzeugüberwachung in CNC-Bearbeitungszentren mit Werkzeugrevolvern:

  • Bestmögliche Nutzung der Werkzeugstandzeiten 
  • Schaffung einer Basis hochauflösender Daten für wichtige Schnittparameter (Vorschub, Schnitttiefe, Spindel-Drehzahl) zur optimalen Programmierung von CNC-Drehmaschinen
  • Maschinenausfälle minimieren
  • Maschinenstopp im Falle von Prozessabweichungen
  • Materialchargenvergleich und -überwachung.
  • Aussortieren von potenziellen Ausschussteilen

PTS-Lineareinheit und Kraftsensor

PTS -Lineareinheiten (Paul Horn GmbH) und unsere Kraftsensoren sind für unterschiedliche Bearbeitungsmaschinen und Werkzeughalter-Systeme verfügbar


PTS-Lineareinheit und Kraftsensor

PTS -Lineareinheiten (Paul Horn GmbH) und unsere Kraftsensoren sind für unterschiedliche Bearbeitungsmaschinen und Werkzeughalter-Systeme verfügbar

Systeme zur Werkzeugüberwachung bei der Grobbearbeitung auf CNC-Maschinen mit Werkzeugrevolvern

Werkzeugverschleiß erkennen, Werkzeugbruch vermeiden

Der Werkzeugwechsel bei der Grobbearbeitung von Werkstücken auf CNC-Maschinen mit Werkzeugrevolvern erfolgt schnell und die anfallenden Schnittkräfte sind hoch. Der Werkzeugverschleiß ist groß und erhöht das Risiko für Werkzeugbruch. Zu hohe Zerspankräfte beschädigen das Material, es kann zu thermischen Verformungen, Rissen und rauen Oberflächen kommen, was nachfolgende Werkzeuge schädigen und Nachbearbeitungen zur Folge haben kann. Die Überwachung der Schnittkräfte ist auch hier das Mittel der Wahl, um die schnellere Werkzeugabnutzung zu kontrollieren und Werkzeugbruch zu vermeiden. 

Kostengünstige Lösung von Kistler:

Wir integrieren hierzu einen piezoelektrischen Kraftsensor direkt unter dem Bolzen, der das Revolvergehäuse auf dem Schlitten hält, um das durch die Schnittkräfte auf den Bolzen übertragene Moment zu messen. Dieses System eignet sich vor allem für Grobbearbeitungen, bei denen die Zerspanungskräfte hoch genug sind, um innerhalb des Maschinengefüges weitergeführt und vom Sensor relativ gemessen werden zu können. Die Genauigkeit einer solchen Messung hängt hauptsächlich von der Steifigkeit der Struktur und der Höhe der Schnittkräfte ab. Dank der hohen Empfindlichkeit der Piezo-Technologie können aber bereits kleinste Veränderungen im Prozess erfasst werden.

Vorteile der Prozess- und Werkzeugüberwachung in CNC-Bearbeitungszentren mit Werkzeugrevolvern mittels Integration von piezoelektrischen Kraftsensoren:

  • Senkung der Werkzeugkosten dank optimierter Werkzeugstandzeiten 
  • Weniger Ausschuss und gleichmäßigere, höhere Qualität der Werkstücke
  • Maschinenausfälle minimieren

Kraftsensor

Kraftsensoren mit unterschiedlichen Baugrössen und Kraftmessbereichen für die Integration unter Maschinenbefestigungselementen

Explore force sensors

Kraftsensoren

Kraftsensoren mit unterschiedlichen Baugrößen und Kraftmessbereichen für die Integration unter dem Bolzen, der das Revolvergehäuse auf dem Schlitten hält 

Explore force sensors

Systeme zur Maschinen- und Werkzeugüberwachung in Einzweckmaschinen zum Drehen, Bohren, Fräsen)

Werkzeugverschleiß erkennen, Werkzeugbruch vermeiden

Eine Methode, um den Werkzeugzustand in Einzweckmaschinen zu überwachen, besteht in der Integration von piezoelektrischen Dehnungssensoren sowie Kraftsensoren in die Maschinenstruktur. Schnittkräfte verursachen in der Maschinenstruktur Stressmomente. Diese sind in Abhängigkeit von einer geeigneten Positionierung, je nachdem, wie die einwirkenden Kräfte von der Bearbeitungsstelle in die Maschinenstruktur übertragen werden – über die hochdynamische Messung mittels piezoelektrischer Sensoren sehr gut relativ überwachbar. Ein Anstieg der Schnittkräfte erzeugt höheren Stress im Gefüge der Maschine. Dies wiederum lässt Rückschlüsse auf den Abnutzungsgrad der Werkzeuge oder Anomalien im Zerspanungsprozess zu. Das System lässt sich einfach auf bestehende Anlagen nachrüsten. 

Vorteile der Maschinen- und Werkzeugüberwachung in Einzweckmaschinen durch Integration von Dehnungs- und Kraftsensoren: 

  • Verlängerung der Werkzeugstandzeiten
  • Maschinenausfälle minimieren
  • Maschinenstopp im Falle von Prozessabweichungen
  • Materialchargenvergleich und -überwachung
  • Aussortieren von potenziellen Ausschussteilen

Kraftsensor / Dehnungssensor

Kraftsensoren und Dehnungssensoren mit unterschiedlichen Baugrößen und Kraftmessbereichen zur Integration in oder auf Maschinenstrukturen.


Kraftsensor / Dehnungssensor

Kraftsensoren und Dehnungssensoren mit unterschiedlichen Baugrößen und Kraftmessbereichen zur Integration in oder auf Maschinenstrukturen.

Messtechnik zur Werkzeug- und Prozessüberwachung für Hersteller von Werkzeugmaschinen – Kooperationspartnerschaft mit Kistler

Werkzeugverschleiß erkennen, Werkzeugbruch vermeiden, mit integrierten Messlösungen ab Werk – Mehrwert für den Endkunden

Die bei der Neubeschaffung einer Werkzeugmaschine für den Endkunden ideale Lösung zur Überwachung des Zerspanungsprozesses und der Werkzeuge besteht in vielen Fällen in einer vollintegrierten Monitoring-Lösung, die keines weiteren Installationsaufwands bedarf und die Messdaten direkt in der Maschinensteuerung anzeigt. Viele Werkzeugmaschinenhersteller bieten bereits entsprechende Lösungen, die Zerspanungsprozesse häufig über die Wirkstromüberwachung der Maschinenspindeln observieren. Solche Systeme sind für ein breites Spektrum von Anwendungen ausreichend. Geht es jedoch um Werkstücke mit Kleinstdurchmessern und damit um kleinste Kraftmessbereiche, so stoßen diese Lösungen oftmals an ihre technologischen Grenzen. Hier stehen wir Ihnen als kompetenter Entwicklungs- und Technologiepartner zur Verfügung: mit piezoelektrischen Messlösungen für Werkzeugmaschinen – von der frühen Konzeption über die Erprobung der Prototypen bis zur Markteinführung. 

Vorteile einer Kooperation zur Entwicklung von Überwachungslösungen in Werkzeugmaschinen:

  • Profitieren Sie vom Fachwissen und der Kernkompetenz von Kistler im Bereich piezoelektrischer Messtechnik
  • Greifen Sie zurück auf ein breites Portfolio von generischen Sensoren, Ladungsverstärkern und Integrationsmöglichkeiten in Maschinen.

Kooperative Entwicklung innovativer Messlösungen zur Integration in Werkzeugmaschinen

Abdeckung der kundenspezifischen Bedürfnisse unter Anwendung des gesamten generischen Messtechnik-Portfolios

Legende:
  1. Breites Sensorportfolio für verschiedene Messgrößen

  2. Komponenten zur Signalübertragung und Maschinenintegration

  3. Industrielle Ladungsverstärker und Datenerfassungssysteme

  4. Datenintegration in die Werkzeugmaschine

Kooperative Entwicklung innovativer Messlösungen zur Integration in Werkzeugmaschinen

Abdeckung der kundenspezifischen Bedürfnisse unter Anwendung des gesamten generischen Messtechnik-Portfolios

Legende
  1. Breites Sensorportfolio für verschiedene Messgrößen

  2. Komponenten zur Signalübertragung und Maschinenintegration

  3. Dedizierte Prozessüberwachungssysteme

  4. Digitale Ausgangssignale zur Interaktion mit der Maschine

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