Bei spanabhebenden Bearbeitungen, z. B. beim Drehen, treten starke Zerspankräfte und hohe Temperaturen auf.

Die richtige Technologie, um Zerspanprozesse zu überwachen

Genauer, stabiler, schneller und effizienter – mit dem Wunsch nach immer besseren Prozessen geht auch ein steigender Bedarf an zuverlässigen Daten zur Bewertung ebendieser einher. Im Allgemeinen findet sich dieses Verbesserungspotenzial in der Werkzeugauslegung und -entwicklung, der Zerspanungsstrategie und Parameterwahl.

Die Zerspankraft ist eine geeignete Messgröße, um diese Einflussfaktoren zu bewerten und den Prozess zu optimieren. Sie gibt Aufschluss darüber, ob ein Prozess stabil verläuft. Zerspankräfte lassen sich mittels entsprechend spezialisierter Sensorik messen. In den sensorischen Werkzeugaufnahmen kommen zwei unterschiedliche Technologien zur Anwendung, welche exakte Ergebnisse versprechen: Die bereits seit einigen Jahrzehnten in der Zerspanung etablierte piezoelektrische Messtechnik und die erst seit einigen Jahren in diesem Bereich zu findende Sensorik auf Basis von Dehnmessstreifen (DMS). Beide Systeme liefern Daten zu den auf die Werkzeuge wirkenden Kräfte und Momente. Doch die Funktionsprinzipien unterscheiden sich grundlegend.

Technische Daten

Kistler RCD (Piezo-Technologie)Dehnungsmessstreifen-Technologie
Messgrößen
  • Kraft X, Y
  • Kraft Z
  • Drehmoment Mz
  • Biegemoment X, Y
  • Kraft Z
  • Drehmoment Mz
Abtastrate10’000 HzNormalerweise 1.500–2500 Hz
MesswinkelAbhängig von den elektronischen Einstellungen, veränderbar durch ParametrierungAbhängig vom Oberflächenträgheitsmoment der Werkzeugaufnahme (nicht veränderbar)

Kraft und Biegemoment

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Messergebnisse Werkzeugdurchmesser 10 / z = 4 – vc 175 – fz 0,06 – ap 10 – ae 3

Kraft XY / Piezo | Biegemoment / Dehnungsmessstreifen

[object Object]
  • Diagramm mit klarem Signal
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) gut erkennbar, hoher Detailgrad
  • Polar Plot zeigt deutliche Ergebnisse

  • Diagramm mit klarem Signal
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) gut erkennbar, verminderter Detailgrad
  • Polar Plot zeigt deutliche Ergebnisse

Drehmoment Mz / Piezo | Drehmoment Mz / Dehnungsmessstreifen

[object Object]
  • Diagramm mit klarem Signal
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) gut erkennbar, hoher Detailgrad
  • Polar Plot zeigt deutliche Ergebnisse

  • Starkes Rauschen
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) nicht gut erkennbar, geringerer Detailgrad
  • Polar Plot nicht nutzbar

Kraft Z / Piezo | Kraft Z / Dehnungsmessstreifen

[object Object]
  • Diagramm mit klarem Signal
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) gut erkennbar, viele Details erkennbar
  • Polar Plot zeigt deutliche Ergebnisse

  • Starkes Rauschen
  • Einzelne Werkzeugumdrehungen (rot markiert) nicht erkennbar, keine Details erkennbar
  • Polar Plot nicht nutzbar

Piezo-TechnologieDehnungsmessstreifen-Technologie
  • Größere und kleine Werkzeugdurchmesser (< 3 mm) lassen sich mit demselben Gerät messen
  • Klare Signale für Fx/Fy, Fz und Mz
  • Schneideneingriff wird klar und detailreich dargestellt
  • Alle Zerspankraftanwendungen (mit drehendem Werkzeug) sind messbar
  • Kraftmessung unabhängig von der Werkzeuglänge
  • Nur größere Werkzeugdurchmesser (> 10 mm) sind messbar
  • Klares Signal nur bei Biegemoment und bei Verwendung größerer Werkzeuge
  • Schneideneingriff bei kleinen Werkzeugen gar nicht sichtbar; bei größeren Werkzeugen wenig aussagekräftig
  • Die Signale Fz und Mz werden von sehr starkem Rauschen überlagert. Es wäre nur eine Mittelwertanalyse möglich. Dynamische Veränderungen können nicht überwacht werden
  • Der tatsächliche Nutzen beim Bohren ist fragwürdig
  • Werkzeuglänge wirkt sich auf das Ergebnis aus

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