26/10/2016
Door Ad Spijkers
Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) ontwikkelt samen met partners een flexibel mechatronisch spansysteem met actieve trillingsdemping om freesprocessen stabieler en economischer te maken.
Productie volgens Industrie 4.0 is niet alleen een kwestie van efficiënte informatieverwerking. De productiemiddelen moeten fysiek in staat zijn hun geometrische vorm en kinematica flexibel aan elke willekeurige taak aan te passen. Een hogere productiviteit is voor verspanende productiemethoden een grote uitdaging.
FixTronic
Freesprocessen, vooral bij lange vrijdragende en dunwandige onderdelen, worden vaak sterk in hun prestaties beïnvloed door trillingen. Doel van het FixTronic project is daarom een mechatronisch stabilisatiesysteem te ontwikkelen, dat procestrillingen en instabiliteiten minimaliseert door actieve trillingdemping en aanpassing van het toerental van de machinespindel.
Tijdens de freesbewerking wordt aan de hand van sensoren informatie over de toestand van het materiaal verzameld en aan een adaptieve regeling gekoppeld. Piëzo-actuatoren genereren een gerichte tegentrilling in het gereedschap die de trillingen duidelijk reduceert. Het FixTronic stabilisatiesysteem maakt aldus de toepassing van scherpere procesparameters bij gelijktijdig een hoge kwaliteit van de productie mogelijk.
Freesspansysteem
Door de adaptieve regeling van het systeem kunnen werkstukken met uiteenlopende geometrie op een voor het proces veilige manier worden ingespannen. Hiermee wordt een hiaat in de flexibiliteit in de verspanende productie opgevuld. Het in een netwerk opnemen van het spansysteem met de gereedschapmachine maakt een effectieve bewaking van het stabiliteitsgedrag in het werkstuk en daarmee een veilige bewerking met scherpe parameters mogelijk.
Bij conventionele systemen leiden trillingen tot een slechtere oppervlaktekwaliteit van het werkstuk, grotere slijtage van het gereedschap, meer geluidsontwikkeling en hogere productietoleranties. Vaak wordt eenvoudig de processnelheid verlaagd om de bewerkingskrachten laag te houden en aldus de trillingen te minimaliseren. Dit leidt echter tot tragere processen en verhoging van de productiekosten van het onderdeel.
Gelijktijdig worden de trillingsverschijnselen op deze manier wel gereduceerd, maar gereedschap en werkstuk kunnen niettemin toch worden beschadigd en zelfs onbruikbaar worden. In proeven kunnen de voor serieproductieprocessen geschikte bewerkingsparameters voor een stabiel procesvenster zorgen.
Maar zulke testen zijn tijdrovend en duur en er ontstaat veel uitval. Voor de productie volgens Industrie 4.0, waarbij flexibel geïndividualiseerde onderdelen in seriegrootte één moeten worden geproduceerd, is het via testen zoeken naar een stabiel proces dus niet de juiste weg. Hier moeten andere oplossingen worden gevonden.
Cyberfysisch systeem
Door de nieuwe benadering in het FixTronic project wordt het werkstuk zelf een cyberfysisch systeem in de zin van Industrie 4.0 en daarmee een informatiedrager voor de automatische procesbesturing voor het product. Doel van het project is een hiaat in de voor Industrie 4.0 vereiste flexibiliteit op te vullen.
Projectpartners zijn CP Autosport (Büren), Fraunhofer-IEM (Paderborn), Fraunhofer-IPT, Innoclamp en Aachener Werkzeugbau Akademie (WBA) (alle in Aken).