In-Prozess-Überwachung beim Wendeplattenbohren

Abstract

Aufbauend auf den Forschungsarbeiten zu einer neu entwickelten Werkzeugaufnahme mit Sensorfunktionalität wird in dieser Arbeit die Möglichkeit untersucht, diese Werkzeugaufnahme zur In-Prozess-Überwachung beim Wendeplattenbohren einzusetzen. Dazu wird ein Versuchsdesign entwickelt, das den systematischen Vergleich von Daten der sensorischen Werkzeugaufnahme mit Verschleiß- und Bohrungsmessdaten erlaubt. Die Theorie des Wendeplattenbohrens wird beschrieben und deren mögliche Auswirkungen auf das Sensorsignal untersucht. Bei der Auswertung der Bohrungsvermessung zeigt sich ein direkter Zusammenhang zwischen dem Vorschub pro Umdrehung und dem Bohrungsdurchmesser, der auf die intendierte Auslenkung der Bohrspitze zurückzuführen ist. Trotz der geometrischen Nähe des Beschleunigungssensors der Werkzeugaufnahme zur Werkzeugschneide ist diese Auslenkung im Sensorsignal nicht sichtbar. FE-Berechnungen zeigen, dass die Auslenkung an der Stelle des Beschleunigungssensors zu gering ist, um im Beschleunigungssignal erkennbar zu sein. Aufgrund der Rotation des Beschleunigungssensors und dessen Abweichung von der Drehachse, kommt es im Beschleunigungssignal zu einem drehzahlabhängigen Offset von der Nulllinie. Es wird ein Modell entwickelt, das die Exzentrizität des Sensors -- sprich dessen Abweichung von der Drehachse -- bestimmen kann. Diese Exzentrizität limitiert den Drehzahlbereich, in dem Messungen mit der sensorischen Werkzeugaufnahme möglich sind. Neben den vielen Vorteilen des sensorischen Werkzeugaufnahme-Systems wird auch auf Herausforderungen eingegangen, die das neuartige System mit sich bringt. Beispielsweise kann es bei der drahtlosen Datenübertragung zwischen Werkzeugaufnahme und Empfangseinheit zu Übertragungsfehlern kommen. Für diesen Fall werden Methoden entwickelt und verglichen, wie mit solchen Datenlücken umgegangen werden kann. Mit dem Versuchsaufbau hat sich ein charakteristischer Verlauf der aggregierten Beschleunigungsdaten der sensorischen Werkzeugaufnahme eingestellt. Zusammenhänge mit dem Verschleißzustand der Schneiden und dem Durchmesser der Bohrung werden identifiziert und deren Ursache und Aussagekraft diskutiert.

Based on research regarding a newly developed sensory tool holder, this work considers the possibility of in-process-control of indexable insert drilling. To do so, an experimental setup for comparing sensory tool holder data with wear data and measurement data is being designed. The theory of indexable insert drilling is being discussed and their potential influence on the acceleration signal is taken into consideration. The evaluation of the measurement data shows a correlation between the feed per revolution and the diameter of the hole which is due to the intended deflection of the tool. Despite of the short distance between the acceleration sensor of the tool holder and the cutting edge, the deflection is not visible in the sensory tool holder data. FE-calculations show that the local deflection of the acceleration sensor is too small to make a difference in the sensory tool holder data. Because of the rotation of the acceleration sensor and its displacement from the rotation axis, the acceleration signal shows an offset from the ground line that depends on the spindle speed. A model is being developed that calculates the off-center value that is the displacement from the rotation axis. This off-center value limits the spindle speed range, where acceleration measurement with the sensory tool holder is feasible. While the sensory tool holder system offers many advantages, some challenges of the newly developed system are being pointed out. For example the wireless data transfer between the sensory tool holder and the transceiver unit can be bugged. In this case methods for the handling of such data gaps are being developed and evaluated. With the experimental setup a characteristic behavior of the aggregated sensory tool holder data is being derived. Correlations with the tool wear and the diameter of the the drilled hole are being identified and discussed.