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Coverstory MM | Qualifizierte Aussagen zum Werkzeugzustand

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Werkzeugverschleiss, bevor man damit rechnet kann böse Folgen für Werkstück und Maschine haben. Da hilft es nichts, den Kopf in den Sand zu stecken. Besser: zuverlässige Daten beschaffen.

Eine gleichbleibend hohe Bearbeitungsgenauigkeit erfordert die genaue Erfassung der Werkzeugdaten und eine zyklische Prüfung des Werkzeugverschleißes. Werkzeug-Tastsysteme von Heidenhain übernehmen diese Aufgabe – einfach und schnell im Prozess
direkt in der Maschine.

Auf die Frage nach dem Zustand eines gerade eingesetzten Werkzeugs antworten Maschinenbediener häufig: „Das Werkzeug ist jetzt seit 30 Werkstücken auf der Maschine. Erfahrungsgemäß hält es 50 Teile, deshalb wechseln wir sicherheitshalber nach 45 Werkstücken aus.“ Erfahrungswerte und Sicherheitsreserven in allen Ehren, aber zuverlässiges Wissen um den aktuellen Werkzeugzustand können sie nur bedingt ersetzen.

Ist das Werkzeug schon nach 40 Werkstücken verschlissen, kann das böse Folgen für Werkstück und Maschine haben. Schafft das Werkzeug jedoch 50 oder sogar 60 Teile, ist das gut für die Werkzeugkosten. Werkzeug-Tastsysteme ermitteln den aktuellen Werkzeugzustand direkt in der Maschine. Damit stehen zuverlässige Daten für qualifizierte Aussagen zu Verfügung, um die Gefahr von Schäden zu verringern und die Werkzeugnutzung zu verbessern.

Erfahren in der Werkzeugvermessung.

Heidenhain bietet zur Werkzeugvermessung zwei taktile Systeme an: das TT 160 mit kabelgebundener Signalübertragung und das TT 460 mit Funk- und Infrarotübertragung der Signale. Beide vereinen mehr als 25 Jahre Heidenhain-Erfahrung in Sachen Werkzeug-Tastsysteme in ihren aktuellen Baureihen. Mit dem TT 160 ist inzwischen schon die fünfte Generation der kabelgebundenen Werkzeug-Tastsysteme auf dem Markt. Der wesentliche Vorteil beider Werkzeug-Tastsysteme ist die sehr einfache und schnelle Möglichkeit, Werkzeuge im Prozess zu vermessen. Das spart Nebenzeiten, erhöht die Bearbeitungsgenauigkeit und reduziert Ausschuss bzw. Nacharbeit.

Heidenhain-Steuerungen erlauben die umfangreichsten Messungen mit höchstem Automatisierungsgrad. Für die Vermessung von Fräswerkzeugen dreht eine Heidenhain-Steuerung das Werkzeug entgegen der Schnittrichtung und nähert es dem Antastteller radial an. Wenn der Fräser den Antastteller berührt und ihn auslenkt, erfolgt bereits ein Vormessen des Durchmessers. Gleichzeitig erfasst das Werkzeug-Tastsystem die Position der größten Schneide. Um die exakte Schneidenposition zu ermitteln, wird dann die Spindel angehalten und schrittweise von Schneide zu Schneide weitergedreht. Der dafür notwendige Drehwinkel ergibt sich aus der Schneidenzahl, die in der Steuerung hinterlegt ist. Nach dieser radialen Vermessung kann auch gleich die Länge bei stehendem Werkzeug gemessen werden.

Zur Vermessung von Drehwerkzeugen muss am Werkzeug-Tastsystem lediglich der runde Antastteller für Fräswerkzeuge gegen ein quaderförmiges Antastelement ausgetauscht werden. Dann ist mit entsprechenden Tastsystemzyklen beispielsweise einer Fräs-Dreh-Maschine ebenfalls eine Prüfung der Drehwerkzeuge auf Bruch oder Verschleiß möglich. Mit den speziell abgerundeten Ecken dieses quaderförmigen Antastelements können dann auch Fräswerkzeuge geprüft werden, sodass das Antastelement nicht ständig gewechselt werden muss. Außer mit Heidenhain-Steuerungen können die Tastsysteme natürlich auch mit jeder anderen NCSteuerung eingesetzt werden. Dafür bietet Heidenhain Messzyklen zur Radien- und Längenmessung an.

Schnell, genau und langlebig.

Die einfache, schnelle Prüfung eines Werkzeugs erfolgt binnen einer einzigen Sekunde. Eine Komplettvermessung inklusive Einzelschneidenvermessung kann – unter anderem abhängig vom Werkzeug und dessen Schneidenzahl – mehrere Sekunden dauern. Beim Antasten wird der Teller des Werkzeug-Tastsystems ausgelenkt. Das dadurch erzeugte Schaltsignal veranlasst die Steuerung, die aktuelle Werkzeugposition zu verarbeiten. Die Generierung des Schaltsignals erfolgt mit Hilfe eines optischen Sensors, der berührungslos und damit verschleißfrei arbeitet. Er ist ganz wesentlich für die Langlebigkeit des Geräts und die dauerhaft genauen Messwerte verantwortlich. Die erreichbare Wiederholgenauigkeit der Messungen ist besser als 1 μm.

Hat das Werkzeug vielleicht schon Schäden?

Je nach durchgeführtem Messzyklus liegen in der Steuerung unterschiedliche Daten vor. Dazu gehören Messwerte zu Durchmesser und Länge des Werkzeugs ebenso wie Informationen über gebrochene oder fehlende Schneiden, Aufbauschneiden, Ausbrüche oder plastische Verformungen der Schneiden und natürlich einen Totalbruch des Werkzeugs. Daraus kann die Steuerung qualifizierte Aussagen über den Zustand des vermessenen Werkzeugs treffen. Ist das vermessene Werkzeug das richtige Werkzeug für die vorgesehene Bearbeitung? Zeigt es Verschleiß? Wie weit ist er schon fortgeschritten? Hat das Werkzeug vielleicht schon Schäden?

Dank dieser Informationen kann die Steuerung den Einsatz eines falschen, verschlissenen oder beschädigten Werkzeugs vermeiden und rechtzeitig auf ein intaktes Schwesterwerkzeug wechseln. Diese Maßnahmen verhindern einerseits Crashs und stellen andererseits die Maßhaltigkeit des Werkstücks und eine hohe Oberfl ächenqualität sicher.

Einsatzbereit nach wenigen Schritten.

Die Installation der Heidenhain-Werkzeug-Tastsysteme auf dem Maschinentisch ist besonders einfach. Das Tastsystem wird entweder mit Hilfe der mitgelieferten Spannpratzen oder mittels eines Montagesockels aus dem Zubehörprogramm auf dem Maschinentisch befestigt. Danach spannt der Maschinenbediener ein Kalibrierwerkzeug in die Spindel und positioniert es manuell vor. Mit einem automatischen Kalibrierzyklus der Steuerung kann er nun die exakte Position des Tastsystems ermitteln. Eine mechanische Justierung ist nicht notwendig, da die Basis der Werkzeug-Tastsysteme in enger Toleranz mit der Achse geschliffen wird. So kann nach dem Kalibrieren gleich gemessen werden.

Wenn das Werkzeug-Tastsystem aus der Maschine genommen wird, verbleibt der Montagesockel auf dem Maschinentisch. Nach dem Wiederaufspannen des Werkzeug-Tastsystems kann dann gleich der automatische Kalibrierzyklus ohne manuelle Vorpositionierung gestartet werden. Dank ihrer robusten Ausführung können die Werkzeug-Tastsysteme allerdings auch während der Bearbeitung in der Maschine bleiben. Vor Kühlmittel
schützt sie ihr doppeltes Dichtkonzept, dem sie die Schutzart IP68 verdanken. Eine Späneschutzkappe verhindert Schäden durch heiße Späne.

Eingebaute Schutzvorrichtung.

Da der Antastvorgang mechanisch erfolgt, können Werkzeuge mit schlagempfindlichen Schneiden oder Mikrowerkzeuge nur eingeschränkt vermessen werden. Hier sind nur statische Messungen oder Messungen mit sehr langsamem Antasten möglich. Sich selbst – genauer gesagt den optischen Sensor – schützen die Werkzeug-Tastsysteme TT 160 und TT 460 durch eine Sollbruchstelle vor Beschädigungen beim Antasten. Fährt der Bediener beim manuellen Anfahren zu weit, bricht ein Stift im Tastsystem zwischen Antastelement und Tastsystem. Diesen Stift kann der Maschinenbediener jederzeit sehr einfach selbst tauschen, sodass das Tastsystem schnell und ohne große Kosten wieder einsatzbereit ist.

Optische Auslenkanzeigen zeigen bei beiden Tastsystemen an, wenn der Antastteller bewegt wird. Diese Auslenkanzeigen fungieren außerdem auch als Anzeigen für eine Funktions- und Statusüberprüfung, z.B. ob das Gerät eingeschaltet und aktiv ist. Das Werkzeug-Tastsystem TT 460 ist für den Einsatz bei einem höheren Automatisierungsgrad ausgelegt. Es wird von der Steuerung eingeschaltet, bevor eine Messung erfolgt, und nach Ende des Tastsystemzyklus auch wieder ausgeschaltet. Außerdem kann es auch im 5-Achs-Betrieb und bei Palettenwechselsystemen eingesetzt werden.

Damit der Stromverbrauch möglichst niedrig bleibt, schaltet das TT 460 bei längerem Nichtgebrauch in einen speziellen Energiesparmodus noch unterhalb des eigentlichen Standby-Betriebs. Sollten die Batterien dann doch einmal leer sein, kann jede verfügbare Batterie mit einer Spannung zwischen 1 Volt und 4 Volt eingesetzt werden. Die Elektronik erkennt die Batteriespannung automatisch und passt sich daran an.


Quelle: Heidenhain

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