Störkonturfreie Sensorintegration in Werkzeugspannfutter zur Prozessüberwachung

Die spanende Bearbeitung steht seit jeher unter dem Druck Kosten und Bearbeitungszeit zu senken bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Ein klassischer Ansatz zur Unterstützung der Zielerreichung in diesem Dreieck ist die Prozessüberwachung mittels zusätzlicher Sensorik. Zudem wird im Kontext der digitalen Transformation die Nutzung dieser Überwachungsdaten auch in höheren Ebenen der Automatisierungspyramide immer weiter vorangetrieben. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung eines neuen Überwachungssystems ist es hierbei, den geeigneten Mittelweg zwischen (Signal-)Qualität, (System-)Kosten, Integrationsgrad und Konnektivität zu finden.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Fragestellung, wie ohne den Nachteil von Störkonturen in Kauf zu nehmen und die Randbedingungen der digitalen Transformation zu berücksichtigen eine wirkstellennahe Sensorpositionierung im Bearbeitungsprozess möglich ist. Zu diesem Zweck wird ein Werkzeugspannfutter so modifiziert, dass Sensorik zur Messgrößenerfassung, Elektronik zur Auswertung und eine funkbasierte Kommunikation unter Berücksichtigung der genannten Anforderungen und Randbedingungen integriert werden können. Eines der gewählten Anwendungsszenarien ist die Schwingungsüberwachung im Fräsprozess, hierzu wird neben der technischen Entwicklung die theoretische Grundlage erarbeitet, wie Beschleunigungssignale eines rotierenden Sensorsystems richtig zu interpretieren sind.
Bearbeitungsversuche haben die Funktionalität des Systems und die Verifizierung der Anforderungen bestätigt. In spezifischen Versuchen konnten zudem die theoretischen Grundlagen validiert werden. Das sensorische Spannfutter liefert Mehrwerte sowohl für den Dauerbetrieb als auch den kurzzeitigen Einsatz