„Industrie 4.0“ steht für eine starke Vernetzung von Maschinen und intelligenten Systemen. Im Bereich von spanenden Werkzeugmaschinen eröffnen intelligente Werkzeuge neue Potentiale für eine flexible und kostengünstige Fertigung. Bisher wird die Schnittstelle zwischen dem intelligenten Werkzeug und der Maschinensteuerung herstellerindividuell ausgeführt. Das Forschungsprojekt „BaZMod“ hat deshalb Lösungen erforscht, die einen standardisierten Daten- und Energieaustausch zwischen dem intelligenten Werkzeug und der Produktionsumgebung ermöglichen. Mehr dazu finden Sie auf der Sonderschau industrie 4.0 area in Halle 25 Stand B60.

Intelligente Werkzeuge eröffnen neue Potentiale in der spanenden Fertigung

Auf modernen Werkzeugmaschinen wird eine steigende Zahl von intelligenten Werkzeugen zur Verbesserung der Qualität und zur Erweiterung der Bearbeitungsmöglichkeiten eingesetzt. Dazu gehören Messmittel, mit Aktoren ausgestattete Werkzeuge, Beschriftungsapparate und Werkzeuge, die mit Sensoren zur Prozessüberwachung und -optimierung ausgerüstet sind. Alle intelligenten Werkzeuge benötigen Energie- und Kommunikationsschnittstellen zur Werkzeugmaschinensteuerung. Diese sind heute herstellerspezifisch und müssen jeweils individuell installiert und in die Maschinen-Software eingebunden werden. Die Integration von intelligenten Werkzeugen wird dadurch eingeschränkt und der Kostenaufwand steigt erheblich. Um die Innovationspotentiale zu heben, sind standardisierte Schnittstellen und sich automatisch konfigurierende Systeme, sog. Cyber-Physische-Systeme (CPS), erforderlich.

Ziel ist eine herstellerübergreifende Schnittstelle

Ziel des Forschungsprojekts BaZMod ist es, eine herstellerübergreifende Schnittstelle zwischen der rotierenden Spindel mit dem Werkzeug und der Steuerung eines Bearbeitungszentrums aufzubauen. Diese standardisierte Schnittstelle ermöglicht dabei die mechanische und die elektrische Ankopplung des Werkzeugs an die Maschine und stellt die Basis für den bidirektionalen Datenaustausch sowie die Energieübertragung dar. Eine Spindel mit integrierter Schnittstelle lässt sich einfach in die Werkzeugmaschine einsetzen. Doch auch herkömmliche Spindeln können mit einem Nachrüstadapter ausgestattet werden.

Erste Spindeln in der Anwendung

Das Forschungsprojekt gliedert sich in fünf Arbeitspakete. Zunächst wurden die Anforderungen an die Schnittstelle erfasst. Hierfür wurden diverse Einsatzfälle ermittelt, in welchen ein intelligentes Werkzeug oder Messmittel praktische Vorteile bietet. Dies beinhaltet neben der automatischen Maschinenparametrierung auch die Umsetzung weiterer Zusatzfunktionen. Beispiele hierfür sind unter anderem die Bruchüberwachung, die Vorschubmaximierung gemäß der Belastung, die Schwingungserkennung, die Verformungskompensation sowie die prozessintegrierte Rauheitssteuerung. Anschließend wurden die physische Schnittstelle zur Energie- und Datenübertragung sowie die Software-Architektur erstellt und in Betrieb genommen. Hierdurch können die Daten und Messwerte des Werkzeugs nahtlos in der Maschinensteuerung genutzt werden.

Bild: Franz Kessler GmbH

BaZMod-Spindel mit integriertem Modul zur Energie- und Datenübertragung