Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine

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

2 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 3

3 Vorstellung iwb Forschungsgebiete des iwb Unternehmensplanung und -organisation Mechatronische Produktionssysteme Fertigungs- und Montagetechnologie Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 6

4 MAPAL bietet als Technologiepartner Lösungen rund um die Zerspanung UNTER- NEHMEN BRANCHEN PRODUKTE DIENST- LEISTUNG TECHNO- LOGIE PARTNER- SCHAFT Wir haben uns vom Hersteller von Maschinen und Gewindebohrern zum weltweit agierenden Technologiepartner für individuelle Bearbeitungslösungen rund um die Zerspanung entwickelt. Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Dr. Dieter Kress, Geschäftsführer

5 MAPAL Lösungen für alle Anwendungsbereiche Reiben und Feinbohren Vollbohren, Aufbohren und Senken Fräsen Drehen Aussteuern Spannen Einstellen, Messen und Ausgeben Dienstleistungen Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 9

6 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 10

7 Industrie 4.0 Bedeutung für die Produktionstechnik Anwendung von CPS in Produktion und Logistik Simulationsservices Planung und Steuerung von Produktionsabläufen Management-Cockpit CPS-Produktionsinsel 1 CPS-Produktionsinsel 2 CPS-Produktionsinsel n CPS-Werkstückträger CPS- Werkzeugmaschine Produktionslogistik CPS- Handhabungseinrichtung Legende: CPS-Fähigkeit Assistenzsystem Handhabungseinrichtung Werkzeugmaschine Werkstückträger Produkt Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 12

8 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 13

9 Fähigkeiten Werkzeug Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Einstufung von intelligenten Werkzeugen Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Identifizieren, z.b. Barcode Identifizieren Identifizieren Identifizieren Speichern, z.b. RFID Speichern Kommunizieren, Sensoren/Aktoren Speichern Kommunizieren, Sensoren/Aktoren Entscheiden Zunehmender Umfang an Fähigkeiten Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 14

10 Intelligente Werkzeuge Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen Steuerung Werkzeug / CPS Prozessdaten Ist-Werte für (z.b. Schnitttiefe) Zielgrößen (z.b. Oberflächengüte) Prozessdaten Optimale Prozessdaten für stabilen Bearbeitungsprozess Werkzeugzustand Antenne DMS Thermoelement Prozessor Beschl.- sensor Nimmt den Prozesszustand über Sensorik auf Regelt die Steuerungsparameter für stabilen Betrieb Bewertet den Verschleißzustand Bricht Bearbeitung bei Grenzwertüberschreitung ab Werkstück Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 15

11 Intelligente Werkzeuge Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen Sollgrößen Prozess- Regler Stellgrößen, z.b. v c (Schnittgeschw.) f z (Vorschub) a p (Schnitttiefe) Maschine & Prozess Modellbasierte Bewertung des Prozesszustandes Bestandteile Bestimmung des Werkzeugverschleißes Berücksichtigung von Begrenzungen Sensorik Messgrößen, z.b. F c (Schnittkraft) F p (Schwingungen) T p (Temperatur) (Rauheiten) R z Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 16

12 Intelligente Werkzeuge Anwendungsbeispiel: Geregeltes Konturbohren Geregelte Unrundbearbeitung mit bis zu /min mit bis zu 40 µm Radialaussteuerung (ovale Geometrie) Einsatz auf Bearbeitungszentren oder Sondermaschinen Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 17

13 Intelligente Werkzeuge Anwendungsbeispiel: Werkzeughalter mit Gefühl BaZMoD-Schnittstell optional nutzbar (auch als Trennstelle zu Kommunikationsadapter) Übertragung von Energie und Daten in Untersuchung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 18

14 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 19

15 Schnittstellen im Abgleich zum Konsumbereich Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 20

16 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 Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 21

17 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 22

18 Forschungsprojekt BaZMod Bauteilgerechte Maschinenkonfiguration in der Fertigung durch Cyber-Physische Zusatzmodule (BaZMod) Motivation Zur Funktionserweiterung von Werkzeugmaschinen (WZM) existieren unterschiedliche sensorische und aktorische CPS Bisher herstellerindividuelle Integration in WZM Zeit- und kostenintensive Integration von CPS in Werkzeugmaschinen Zielsetzung Schnittstelle zur Werkzeugmaschinenspindel Berührungslose Energieund Datenübertragung per Induktion 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 Fräser Ultraschallaktor Beispiel eines CPS zur schwingungsunterstützten Zerspanung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 23

19 Forschungsprojekt BaZMod Werkzeugmaschinenspindel mit BaZMod-Schnittstelle Standardisierte Schnittstelle zum Daten- und Energieaustausch Induktiver Drehübertrager am hinteren Ende der Spindel, bestehend aus Rotor- und Statorspule Energie- und Datenleitungen durch die Spindel zur Werkzeugspannvorrichtung Rotorspule Statorspule Konventionelle Werkzeuge uneingeschränkt nutzbar Keine Einschränkung des Arbeitsraums BaZMod -HSK- Schnittstelle Schnittstelle zur Maschinensteuerung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 24

20 Forschungsprojekt BaZMod Werkzeugseitige Schnittstelle am Beispiel HSK-63 Federnde Kontaktstücke in definierter Lage gedichtete und elektrisch isolierte Ausführung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 25

21 Forschungsprojekt BaZMod Spezifikationen der Schnittstelle Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 26

22 Gliederung Vorstellung iwb und MAPAL Industrie 4.0 in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge Forschungsprojekt BaZMod Zusammenfassung Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 27

23 Zusammenfassung Die Produktion der Zukunft begegnet den Herausforderungen Intelligente Vernetzung der Produktion Standardisierte Schnittstelle Zunehmender Einsatz von Cyber-Physischen Systemen in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge eröffnen neue Potentiale für eine flexible, kostengünstige spanende Fertigung Bisher herstellerindividuelle Integration von intelligenten Werkzeugen in WZM Standardisierter Daten- und Energieaustausch zwischen intelligentem Werkzeug und Werkzeugmaschine Flexibilität durch offen gelegten Standard Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, Folie 28

24 Professor Dr.-Ing. Michael Zäh Tel.: +49 (0) iwb Technische Universität München Boltzmannstr Garching Dipl.-Ing. (BA) Stephan Köstler, MBA Tel.: +49 (0) MAPAL Dr. Kress KG Obere Bahnstr. 13 D Aalen Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine,