Werkzeughaltersystem

Für den optimalen Fräsprozess

Werkzeughaltersystem. Im Forschungsprojekt „Pinocchio“ entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein Werkzeughaltersystem, mit dem die Werkzeuglänge während der Bearbeitung automatisch variiert werden kann. 

Dieses Werkzeughaltersystem reguliert gleichzeitig die Schwingungen der Fräswerkzeuge, die sowohl Werkzeuge als auch Bauteile beschädigen oder gänzlich unbrauchbar machen können. (Foto: Fraunhofer IPT)

Mit der wachsenden Vielfalt an Produkten, die durch zerspanende Produktionsverfahren hergestellt werden, steigt die Anzahl an Bearbeitungsvorgängen, die viele unterschiedliche Werkzeuge erfordern. Bauteile mit tiefen Hohlräumen und schlechter Zugänglichkeit machen beispielsweise Werkzeuge mit großer Auskraglänge nötig. Je länger jedoch die Auskragung der Werkzeuge ist, desto geringer ist ihre Steifigkeit. Das macht solche 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 gemeinsam mit drei Industriepartnern einen Werkzeughalter, der eine flexible Anpassung der Werkzeuglänge ermöglicht 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.

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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 den 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 System in eine konventionelle Fräsmaschine integriert und für den industriellen Einsatz erprobt. pb

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