Wie DAS+ Zerspanungsprozesse optimiert und Kosten vermeidet

Im Fertigungsprozess sind vielfältige Einflüsse wirksam, die eine Unterbrechung der Bearbeitung hervorrufen, die Qualität des gefertigten Produkts beeinflussen oder im extremsten Fall die Fertigungsprozesse gar nicht erst ermöglichen. Diese gegebenen Bedingungen, teilweise spontan auftretenden Änderungen in den Zerspanungsbedingungen, sind vom Bediener der Maschine kaum zu erfassen und sofortige Gegenmaßnahmen nicht realisierbar.

Bimatec Soraluce hat hier innovative und intelligente Systeme und Algorithmen entwickelt, die in der Steuerung integriert sind, in Echtzeit auf Ereignisse reagieren und den Prozess in einen stationären, beherrschbaren Ablauf bringen.

DAS⁺ eliminiert Rattern im Fertigungsprozess

DAS⁺ (Dynamics Active Stabilizer) ist ein intelligentes System, das den Bearbeitungsprozess überwacht und selbstständig, automatisch die beste Methode zur Eliminierung des Ratterns auswählt. Bei jeder Maschine unabhängig des Aufbaus und Führungen können durch Eigenfrequenzen vermehrt Ratterschwingungen auftreten, speziell beim Bearbeiten mit weit ausgefahrenem Frässchieber.

Dann reagiert das Bedienpersonal im Regelfall mit Ändern der Drehzahl und parallel mit Zurücknehmen des Vorschubs, um die Vibrationen in den Griff zu bekommen. Dies kostet Zeit und kann auch zum erhöhten Verschleiß am Werkzeug oder zu einem Schneidplattenbruch führen. Da der Frässchieber seine Bearbeitungspositionen ändert, würde dies ständigen Eingriff im Ablauf bedeuten.

Nicht durch „Spielen“ an der Drehzahl soll der Prozess stabilisiert werden, daher eliminiert Bimatec Soraluce mit DAS⁺ die Vibration.

Der Einsatz von DAS⁺ ist äußerst wertvoll und unersetzbar zur Steigerung der Produktivität. Das System kann drei Reaktionen bei Auftreten von Rattern einleiten:

• Einsatz aktiver Dämpfung am Frässchieber
• Automatische Änderung der Drehzahl
• Oszillation der Spindeldrehzahl

Die aktive Dämpfung im Frässchieber (RAM) ist die technologisch aufwändigste Regelung und wird über Sensoren (Impulsaufnehmer) und Aktoren (elektro-magnetische Dämpfungselemente) realisiert.

Vibrationen werden erfasst und Gegenschwingungen erzeugt

Die Sensoren erfassen Vibrationen in vertikaler und horizontaler Ebene und leiten die Messwerte an einen separaten Hochleistungsrechner im Schaltschrank, der eine Auswertung und die Generierung von Gegenschwingungen zu dem erfassten Profil vornimmt. Die Aktoren sind im vorderen Bereich des Frässchiebers verbaut, da sie hier den besten Effekt erzielen.

Um den Wärmeeintrag in die Baugruppe, der in diesem Bereich besonders beachtet werden muss, zu vermeiden, werden die Aktoren gekühlt. Die Amplitude und der Frequenzgang der Dämpfungsschwingung müssen exakt ermittelt werden. Ein hochkomplexer Algorithmus wird durchgerechnet und vor allem muss die Einleitung der Dämpfung in Echtzeit erfolgen. Ansonsten kann sich sogar die auftretende Schwingung im RAM verstärken.

Auch auf spontane Änderungen im Schwingungsaufkommen muss DAS⁺ sofort reagieren und die einzuleitende Dämpfung aktuell anpassen. Dies erfordert schnelle und ausgereifte Rechenoperationen.

All dies ist in den Bimatec Soraluce Maschinen vorhanden, direkt in der Sensor-/Aktoreinheit. DAS⁺ reagiert in Echtzeit, eine technische Meisterleistung zur Steigerung der Produktivität. Der programmierte Arbeitsablauf und die Prozessstabilität bleiben erhalten.

Besonders wirksam ist das System, wenn eine kurzfristige Drehzahlerhöhung über den Bediener im Prozess nicht möglich ist, um das Rattern zu beseitigen, beispielsweise bei der Bearbeitung von hochlegiertem Stahl oder bei Chrom-Nickel-Stahl. Hier kann aufgrund der Schneidenbelastung und Spanbildung keine Drehzahlsteigerung eingeleitet werden.

Die Aktivierung von DAS⁺ kann der Bediener über Softkeys vornehmen oder aber auch im NC-Programm kann über einen M-Befehl das System zugeschaltet werden. In der Praxis ist das DAS⁺-System immer eingeschaltet und erkennt Ratterschwingungen selbstständig.

Maschine wählt automatisch optimale Drehzahl

DAS⁺ dämpft Schwingungen, die von der Maschine oder vom Frässchieber angeregt werden und im Bereich von 0 bis 100 Hertz liegen - nie höher, denn die Masse der Maschine schließt dies aus. Werden von der Sensorik Schwingungen erfasst, die höher frequent sind und über 100 Hertz liegen, dann muss diese Erregung vom Werkzeug kommen. In diesem Fall wird die oben genannte zweite Reaktionsmöglichkeit im DAS⁺ eingeleitet: die automatische Anwahl der optimalen Drehzahl.

Die Maschine bleibt stehen und zeigt der Bedienperson auf dem Bildschirm die ideale Drehzahl für diesen definierten Einsatzfall an. Dabei hat die Steuerung aus den hinterlegten Werkzeugdateien die relevanten Daten abgefragt. Dies sind hauptsächlich die Werkzeuglänge, Durchmesser, Schneidenradius, Schneidenanzahl et cetera. Daraus wird dann eine ideale Drehzahl berechnet. Der Bediener quittiert diese Bedingungen und die Maschine läuft weiter.

SSV macht Bearbeitung von schwingungskritischen Bauteilen möglich

SSV (Spindle Speed Variation) ist eine vollautomatische, oszillierende Veränderung der Spindeldrehzahl und ist als System im DAS⁺ integriert.

SSV kommt zum Einsatz, wenn selbsterregte Schwingungen am Bauteil auftreten. Dies ist beispielweise der Fall beim Drehen, beim Ausspindeln von Bohrungen, beim Einsatz langer, instabiler Werkzeuge oder beim Bearbeiten dünnwandiger Bauteile. Akustisch äußert sich dies in einem bekannten, hochfrequenten Pfeifton.

Ist das Arbeitsprogramm bekannt, kann der Einsatz von SSV im NC-Programm über eine Anweisung hinterlegt werden oder aber bei spontanem Auftreten über Softkey aktiviert werden. Festgelegt werden muss die Schwankungsbreite (Amplitude in Prozent) der Drehzahl um die programmierte Drehzahl und ob die Drehzahlmodulation sanft oder sprunghaft erfolgen soll.

Ohne SSV sind Bearbeitungen oft nicht möglich oder nur mit sehr hohem Zeitaufwand beherrschbar. Daher ist der Einsatz von SSV für den Bediener sehr hilfreich, denn er kann sich darauf verlassen die Bearbeitung schnell wieder im Griff zu haben.

Im Einsatz an der Maschine ist DAS⁺ mit seinen zusätzlichen Funktionalitäten hervorragend geeignet, den Fertigungsprozess für den Kunden in optimalen Bedingungen zu steuern und ihm damit Vorteile zu generieren bei Produktivität, Werkstückqualität und Werkzeugkosten.