Realisierung und Implementierung einer Prozessüberwachung beim Einlippentiefbohren kleinster Durchmesser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verfügbarkeit von Einlippenwerkzeugen mit immer kleineren Durchmessern mit derzeit 0,5 mm erschließen auch stets neue Anwendungsfelder. Aufgrund der Empfindlichkeit der Bohrwerkzeuge hinsichtlich den wirkenden statischen und dynamischen Belastungen steigen jedoch gleichzeitig auch die Anforderungen an die Prozesssicherheit, deren Aufrechterhaltung weit anspruchsvoller ist, als bei größeren Bohrerdurchmessern. Bei den im Projekt durchgeführten Untersuchungen wurden im Rahmen einer Prozessanalyse die Ergebnisse mehrerer Zerspanungsuntersuchungen dargestellt und die Korrelationen zwischen Schnittparametern und Zerspankräften, Spanform, Schallemission, KSS-Druck so wie der benötigten Antriebsleistung erarbeitet. Die Gewährleistung eines prozesssicheren und wirtschaftlichen Einlippenbohrens durch den Einsatz optimierter Bearbeitungsparameter muss im Zusammenhang verschiedenster Komponenten des gesamten technologischen System gesehen werden. Hier wurden daher Prozessparameter, Werkzeugparameter und Kühlschmierstoffcharakteristik zur Prozessoptimierung in die Versuche einbezogen. Das Ziel war die Bestimmung optimierter Prozessparameter und Prozessgrenzen die sich auf die ermittelten Prozesskenngrößen wie Bohrmoment, Vorschubkraft, Spanform und Spanlänge stützen. Diese Größen wurden für Bohrwerkzeuge der Durchmesser 1,8 und 1, 5 mm ermittelt. Aus den gewonnen Ergebnissen lässt sich ersehen, dass die höchste Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit sowie ein sicherer und zuverlässiger Spanabtransport mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und optimierten KSS-Drücken erreicht werden kann. Mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit steigt die Spanlänge und zusammen mit ihr die zusätzliche Werkzeugbelastung durch einen erschwerten Spanabtransport . Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass trotz niedriger Signalpegel und kurzer Zeitspannen zwischen dem Eintreten von Störungen und darauffolgendem Werkzeugversagen eine Prozessüberwachung beim Tieflochbohren mit Werkzeugen der Durchmesser 1,5 und 1,8 realisiert werden kann. Dafür können unterschiedliche Signale wie Vorschubkraft, Wirkleistung oder Schallemission herangezogen werden. Die durchgeführten Untersuchungen gewährleisten optimierte Bohrstrategien, die sich, je nach eingesetztem Durchmesser und verwendeten Prozessparametern, weiter optimieren lassen. Die Anwendung dieser Bohrstrategien ergab eine deutliche Verkürzung der Bearbeitungs- bzw. Taktzeit bei einem sicheren Prozessverlauf. Die erfassten Signale ändern sich deutlich bei Prozessstörungen wie Spanverklemmungen, Spänestau und darauffolgenden Bohrerbrüchen, wobei sich die jeweilige Störung anhand von Signalverlauf und Signalpegel identifizieren und bewerten lässt. Es hat sich herausgestellt, dass sich auch in den Signalen der Werkzeug – bzw. Werkstückschwingungen sowie der Acoustic - Emission Zusammenhänge mit auftretenden Prozessstörungen zeigen. Somit wurden diese als geeignet für den Einsatz in einer Prozessüberwachung erachtet. Bei der Identifizierung und Bewertung ergeben sich aber aufgrund der Signalkomplexität noch Schwierigkeiten. Betrachtet man die Prozessüberwachung im Zusammenhang mit einem Einsatz in einer Transferstrasse, so erscheinen hier die Signale des KSS-Drucks und der Acoustic-Emission am geeignetsten. Von thermischen Einflüssen unabhängig sowie durch kommerzielle Sensorik in der Anschaffung günstig sind beide Verfahren. Der KSS-Druck lässt sich direkt an der KSS-Versorgung der einzelnen Arbeitsspindeln aufnehmen. Dicht an den einzelnen Bearbeitungsstellen können Sensoren zur Erfassung der Acoustic-Emission angebracht werden. Zudem bietet die letztere im Falle einer entstehenden Prozessstörung den größten Zeitraum zur Einleitung von Maßnahmen zur Werkzeugbruchverhütung. Allerdings sollte davor der Zusammenhang zwischen der Acoustic-Emission und den unterschiedlichen Prozessstörungen noch eingehender untersucht werden. Weiterhin wäre zu prüfen, inwieweit der Einsatz Acoustic-Emission eine adaptive Prozessüberwachung erlaubt und ob sich die Zuverlässigkeit der Prozessüberwachung durch eine kombinierte Erfassung und Bewertung mehrerer Kenngrößen erhöhen lässt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Prozessüberwachung beim Tiefbohren kleinster Durchmesser, beim Verein Deutscher Ingenieure (VDI), Begleitband zur Fachtagung „Präzisions- und Tiefbohren aktuell 2008 -Technik-Tools-Trends- am 7. und 8. Oktober 2008 in Stuttgart
Heisel, U.; Sabou, F.
