WFL-Prozessüberwachung mit iControl

Die intelligente WFL-Prozessüberwachung iControl schützt Maschinen in autonomen Produktionsumgebungen. Mehrstufige Überwachungsfunktionen sorgen für umfassende Sicherheit und reagieren auf Kollisionsgrenzen, prozessnahe Limits sowie schnelle, signifikante Kraftänderungen.

Mit der neuen Prozessüberwachung iControl gibt WFL dem zukünftigen Maschinenbetreiber gleich ein ganzes Bündel an Funktionen mit auf den Weg, um insbesondere bei der Serienproduktion eine zuverlässige und wirtschaftliche Fertigung sicherzustellen. Einerseits sollen Maschine und Werkzeuge mit maximaler Produktivität eingesetzt werden, andererseits muss der Prozess möglichst stabil und zuverlässig laufen. Das Software-Paket, das WFL dafür zur Verfügung stellt, ist überaus vielfältig und bietet praktisch für jede Bearbeitungssituation ein passendes Überwachungs-Tool. Die bis zu 16 zu überwachenden Prozesssignale werden von WFL entsprechend der Maschinenausstattung werkseitig konfiguriert und auf dem Steuerungsbildschirm live angezeigt. Wichtige Prozesssignale sind die Kräfte bzw. Drehmomente der NC-Achsen und Spindeln, aber auch die Signale von integrierten Sensoren (Vibration, Druck, Durchfluss, Temperatur etc.). Diese befinden sich in Maschinenkomponenten oder in Werkzeugen und sind für verschiedenste Anwendungen z.B. zur Prozesssteuerung, -optimierung oder -überwachung nutzbar.

Mit iControl kann eine Überwachung von bis zu 16 Prozesssignalen erfolgen. Diese werden nach verschiedenen Kriterien ausgewertet. Die Abbildung gibt einen Überblick zu den verschiedenen Überwachungslimits.

Der ultimative Schutz von Maschine, Werkstück und Werkzeug

Generell gliedert sich die Prozessüberwachung in Funktionen, die dem Schutz von Maschine, Werkstück und Werkzeug dienen, und in Funktionen, die den Werkzeugverschleiß erfassen und für konstante Produktivität sorgen. Eine wesentliche Neuerung zur Erkennung von Werkzeugverschleiß oder Totalbruch sind beispielsweise das „Wear Limit“ und das „Tool Missing Limit“. Ziel war es, eine Lösung zu entwickeln, die überaus feinfühlig und zuverlässig auf alle erdenklichen Abweichungen im Bearbeitungsprozess reagiert. Ergänzend dazu bietet WFL unter dem Titel „iControl Data Recording“ eine Langzeitprotokollierung der Prozessdaten als weitere Option an. Dies ist besonders bei der Herstellung von sicherheitsrelevanten Bauteilen ein großes Thema.

Der Einsatz intelligenter Werkzeuge trägt wesentlich zur Optimierung von Bearbeitungsprozessen bei und steigert die Produktivität der Maschine. So liefert etwa die Kombination aus Silent Tools und einer Bohrstange von Sandvik Messdaten zu Belastung, Vibration, Oberflächenrauheit und der Temperatur des Dämpfungssystems. Durch die erhöhte Empfindlichkeit lassen sich Überlastungen und Schwingungen frühzeitig erkennen.

Basic+ oder Advanced+

Die neue iControl-Prozessüberwachung bringt WFL in zwei Ausführungsvarianten auf den Markt. Beide Varianten beinhalten Temperatursensoren zur Erfassung der Umgebungstemperatur und der Temperatur des Frässpindellagergehäuses. Bei der Ausführung „iControl Basic+“ werden ausschließlich vorgesehene Maschinen-Belastungsgrenzen überwacht und bei einer Überschreitung wird ein Schnellstopp innerhalb von < 10 Millisekunden auslöst. Die Variante „iControl Advanced+“ beinhaltet zusätzlich einen Vibrationssensor zur Erfassung von Schwinggeschwindigkeit und Zustand der Frässpindellagerung und ermöglicht es darüber hinaus, für jede Bearbeitungsoperation eine individuell angepasste Überwachungsstrategie zu wählen und sich auf systematische Art und Weise an einen Bearbeitungsprozess mit höchster Produktivität heranzutasten. WFL hat die Software so gestaltet, dass die jeweils optimale Überwachungsstrategie einfach und intuitiv ausgewählt und beliebig mit anderen Limits kombiniert werden kann. Beispielsweise kann der Energieverbrauch pro Operation als Vergleichsgröße bei der Wiederholung dieser Operation dienen. Damit wird beim Bohren ein exzessiver Werkzeugverschleiß oder ein Totalabbruch frühzeitig erkannt und schwerer Schaden verhindert. Einzelne, kurze Belastungsspitzen im Prozessverlauf würden bei dieser Operation aber wahrscheinlich keine Rolle spielen und sogar kleine Teilausbrüche an der Schneide wären tolerierbar. Daher wird der Prozess nicht unterbrochen, solange das Ereignis nicht als Totalausfall des Werkzeuges identifiziert wird. Anders hingegen beim Finish-Drehen: Hier könnte auch schon der kleinste Teilausbruch an der Schneide zu einem unakzeptablen Ergebnis bei der Oberflächengüte führen, obwohl das Werkzeug grundsätzlich noch funktioniert. Derartige Ereignisse passieren innerhalb weniger Millisekunden und sind für den Bedienenden während der Bearbeitung schwer oder nicht erkennbar. Bei Aktivierung der dynamischen Überwachung kann iControl die Unstetigkeit erkennen, den Prozess sofort unterbrechen und das zuständige Personal informieren.

Die Belastungsgrenzen an den einzelnen Achsen und Spindeln, die sogenannten „Red Limits“, sind bis zum Kollisionslimit frei wählbar. Das bedeutet für jede Operation einen fix eingestellten Prozentsatz der zulässigen Maximalbelastung für jede Achse oder Spindel. Wird kein Limit gewählt, gilt automatisch das werkseitig eingestellte Kollisionslimit.

Das „Red Limit“ ist eine prozessnahe Grenze, die entweder per NC-Programm vorgegeben oder durch Lernen ermittelt werden kann. Beim Bohren oder Fräsen kann ein verschlissenes Werkzeug große Reaktionskräfte in einzelnen Achsen hervorrufen. Ein gravierender Spänestau beim Bohren wird auf diese Weise sicher erkannt.

Intelligenter Helfer

Das Prozesssignal einer ganzen Bearbeitungssequenz kann durch einen Lernschnitt erfasst werden. Durch die Zuordnung einer oberen und unteren Prozessgrenze, wird das Toleranzband definiert, innerhalb dessen sich das Prozesssignal bei der Bearbeitung bewegen muss. Werden diese Grenzen über- oder unterschritten, stoppt die Maschine. Zusätzlich kann eine Vorwarngrenze, ein sogenanntes „Yellow Limit“, gewählt werden. Wird dieses Limit erreicht, stoppt die Maschine zunächst nicht, aber es wird eine Meldung generiert, die dem Bediener erlaubt, vorzeitig, d. h. vor dem Erreichen eines weiteren Limits, zu reagieren. Dies dient in erster Linie dazu, einen unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten und verschlissene Werkzeuge zu tauschen, auch wenn sie noch nicht am (theoretischen) Standzeitende angelangt sind. Generell werden alle prozessbedingt auftretenden Kräfte durch die werkseitig voreingestellten Kollisionslimits automatisch immer auf ein für die Maschine sicheres Niveau begrenzt.

Allerdings gibt es häufig Anwendungen, bei denen die Stabilität der Werkstücke, der Spannmittel oder der erforderlichen Werkzeuge einfach keine großen Zerspanungskräfte zulassen. Speziell in diesen Fällen kann das „Red Limit“ helfen, da auch bei äußerst kurzzeitiger Überschreitung des Limits die Maschine sofort stoppt. Das „Red Limit“ dient aber auch zur Erkennung von Werkzeugbruch, Spänestau oder zu großen Rohteilaufmaßen und kann sozusagen im Hintergrund immer aktiviert werden.

Unverzichtbar bei automatisierter Fertigung

Generell zeichnet sich die Prozessüberwachung iControl durch eine äußerst hohe Sensibilität und Zuverlässigkeit aus. Der Signalwert für die Prozessüberwachung wird direkt aus den Antriebsmomenten der NC-Achsen und Spindeln abgeleitet. Mittels eines speziellen Algorithmus werden Reibungs- und Beschleunigungskräfte eliminiert, wodurch die Prozesssignale besonders exakt analysiert werden können. Insbesondere bei der Automatisierung oder bei der Serienfertigung leistet iControl unverzichtbare Dienste. Aber auch bei komplexen Innenbearbeitungsaufgaben ist es vorteilhaft, den Bearbeitungsprozess durchgehend transparent zu gestalten. Hier gilt wie in vielen Bereichen des täglichen Lebens: Wenn man es einmal probiert hat, möchte man nicht mehr darauf verzichten.