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Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 1

Industrie 4.0 an der Schnittstelle

zwischen Werkzeug und Maschine


Kongress Produktionsforschung 2016

Gliederung

Zusammenfassung6

Forschungsprojekt BaZMod5

Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4

Intelligente Werkzeuge3

Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2

Vorstellung iwb und MAPAL1



Vorstellung iwb

Unternehmensplanungund -organisation

MechatronischeProduktionssysteme

Fertigungs- undMontagetechnologie

Forschungsgebiete des iwb

Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016


MAPAL bietet als Technologiepartner Lösungen

rund um die Zerspanung

UNTER-

NEHMENBRANCHEN PRODUKTE

DIENST-

LEISTUNG

TECHNO-

LOGIE

PARTNER-

SCHAFT

Dr. Dieter Kress,

Geschäftsführer

Wir haben uns vom Hersteller

von Maschinen und Gewinde-

bohrern zum weltweit agierenden

Technologiepartner für individu-

elle Bearbeitungslösungen rund

um die Zerspanung entwickelt.



MAPAL – Lösungen für alle

Anwendungsbereiche

Spannen Einstellen, Messen und

Ausgeben

Reiben und Feinbohren

Aussteuern Dienstleistungen

DrehenFräsenVollbohren, Aufbohren

und Senken



Gliederung

Zusammenfassung6








Industrie 4.0 – Bedeutung für die Produktionstechnik

CPS-Produktionsinsel 1 CPS-Produktionsinsel 2 CPS-Produktionsinsel n

CPS-

Werkzeugmaschine

CPS-

Handhabungseinrichtung

Simulationsservices

Planung und Steuerung von Produktionsabläufen – Management-Cockpit

CPS-Werkstückträger

Produktionslogistik

Legende: CPS-Fähigkeit Assistenzsystem Handhabungseinrichtung Werkzeugmaschine Werkstückträger Produkt

Anwendung von CPS in Produktion und Logistik



Gliederung

Zusammenfassung6








Intelligente Werkzeuge

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4

We

rkze

ug

Fä

hig

ke

iten

Identifizieren,

z.B. Barcode

Identifizieren Identifizieren Identifizieren

Speichern,

z.B. RFID

Speichern Speichern

Kommunizieren,

Sensoren/Aktoren

Kommunizieren,

Sensoren/Aktoren

Entscheiden

Zunehmender Umfang an Fähigkeiten

Einstufung von intelligenten Werkzeugen




Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen

• Nimmt den

Prozesszustand über

Sensorik auf

• Regelt die Steuerungs-

parameter für stabilen

Betrieb

• Bewertet den

Verschleißzustand

• Bricht Bearbeitung bei

Grenzwertüberschrei-

tung ab

• Ist-Werte für (z.B.

Schnitttiefe)

• Zielgrößen (z.B.

Oberflächengüte)

Steuerung

Prozessdaten

Werkzeug / CPS

• Optimale Prozessdaten

für stabilen

Bearbeitungsprozess

• Werkzeugzustand

Prozessdaten

Werkstück

DMS

Beschl.-

sensorThermo-

element

Antenne Prozessor




Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen

Prozess-Regler

Stellgrößen, z.B.

vc (Schnittgeschw.)

fz (Vorschub)

ap (Schnitttiefe)

Messgrößen, z.B.

Fc (Schnittkraft)

Fp (Schwingungen)

Tp (Temperatur)

Rz (Rauheiten)

Sollgrößen

Berücksichtigung von Begrenzungen

Bestandteile

Modellbasierte Bewertung des

ProzesszustandesSensorik

Maschine& Prozess

Bestimmung des Werkzeug-

verschleißes




Anwendungsbeispiel: Geregeltes Konturbohren

Geregelte Unrundbearbeitung mit bis zu 2.000 1/min mit bis zu 40 µm Radialaussteuerung (ovale Geometrie)

Einsatz auf Bearbeitungszentren oder Sondermaschinen




Anwendungsbeispiel: Werkzeughalter mit Gefühl

BaZMoD-Schnittstell optional nutzbar (auch als Trennstelle zu

Kommunikationsadapter)

Übertragung von Energie und Daten in Untersuchung



Gliederung

Zusammenfassung6








Schnittstellen im Abgleich zum Konsumbereich

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Certified_USB.svg

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Certified_USB.svg



Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge

Heute:

• Bidirektionale, induktive Energie- und

Datenübertragung an der Spindelnase

• optische Übertragung, batteriegepuffert

• Funkübertragung, batteriegepuffert

• …..

= keine einheitlichen

Standards, immer im

Arbeitsraum



Gliederung

Zusammenfassung6







Bauteilgerechte Maschinenkonfiguration in der Fertigung durch Cyber-Physische Zusatzmodule

(BaZMod)Motivation

Zielsetzung

Zur Funktionserweiterung von

Werkzeugmaschinen (WZM) existieren

unterschiedliche sensorische und aktorische

CPS

Bisher herstellerindividuelle Integration in WZM

Zeit- und kostenintensive Integration von CPS in

Werkzeugmaschinen

Entwicklung einer herstellerunabhängigen,

standardisierten Schnittstelle zum Daten- und

Energieaustausch zwischen Werkzeugmaschine

und CPS

Softwaremodul zur automatischen Identifikation

und Konfiguration der CPS in der

Maschinensteuerung

Prinzip eines USB-Sticks: „Plug & Produce“

Berührungslose Energie-und Datenübertragung per Induktion

Ultraschallaktor

Schnittstelle zur Werkzeug-maschinenspindel

Fräser

Beispiel eines CPS zur schwingungsunterstützten Zerspanung


Forschungsprojekt BaZMod




Stator-spule

BaZMod -HSK-Schnittstelle

Schnittstelle zur Maschinensteuerung

Rotor-spule

Induktiver Drehübertrager am

hinteren Ende der Spindel,

bestehend aus Rotor- und

Statorspule

Energie- und Datenleitungen durch

die Spindel zur

Werkzeugspannvorrichtung

Konventionelle Werkzeuge

uneingeschränkt nutzbar

Keine Einschränkung des

Arbeitsraums

Standardisierte Schnittstelle zum

Daten- und Energieaustausch

Werkzeugmaschinenspindel mit BaZMod-Schnittstelle




Werkzeugseitige Schnittstelle am Beispiel HSK-63

Federnde Kontaktstücke

in definierter Lage

gedichtete und elektrisch isolierte

Ausführung




Spezifikationen der Schnittstelle



Gliederung

Zusammenfassung6







Die Produktion der Zukunft begegnet den Herausforderungen


Zusammenfassung

Zunehmender Einsatz

von Cyber-Physischen

Systemen in der

Produktionstechnik


eröffnen neue Potentiale

für eine flexible, kosten-

günstige spanende

Fertigung

Bisher hersteller-

individuelle Integration

von intelligenten

Werkzeugen in WZM

Standardisierter Daten- und

Energieaustausch zwischen intelligentem

Werkzeug und Werkzeugmaschine

Flexibilität durch offen gelegten

Standard

Intelligente Vernetzung der Produktion Standardisierte Schnittstelle

Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016

Professor Dr.-Ing. Michael Zäh

Tel.: +49 (0)89 289 155 01

E-Mail: michael.zä[email protected]

iwb – Technische Universität München

Boltzmannstr. 15

85748 Garching

www.iwb.tum.de

Dipl.-Ing. (BA) Stephan Köstler, MBA

Tel.: +49 (0)73 61 585 3256

E-Mail: [email protected]

MAPAL Dr. Kress KG

Obere Bahnstr. 13

D-73431 Aalen

www.mapal.com

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