4-Komponenten Dynamometer (RCD)

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1 Kraft 4-Komponenten Dynamometer (RCD) Rotierend zur Messung der Zerspankräfte am rotierenden Werkzeug Rotierendes 4-Komponenten Dynamometer zum Messen der Kräfte und des Drehmomentes bei Zerspanprozessen am rotierenden Werkzeug. Die Messwert- und Energieübertragung erfolgt berührungslos und daher verschleissfrei. Typ 970A... Zerspankraftmessung an der rotierenden Schneide 4-Komponenten-Messung: F x, F y, F z sowie M z bis max min berührungslose Datenübertragung interne Kühlschmierstoffzufuhr möglich erhältlich für die gängigen Maschinenspindel-Schnittstellen Werkzeugaufnahme mit ER-Spannzangen hohe Rundlaufgenauigkeit und Auswuchtgüte komplettes Messsystem Beschreibung Das komplette Messsystem besteht aus Rotor, Stator, Verbindungskabel und Signal Conditioner. Die Spindelaufnahme der Werkzeugmaschine bestimmt die Ausführung des Rotors. Eingebaut im Rotor sind der piezoelektrische 4-Komponenten Sensor, vier Ladungsverstärker, sowie die digitale Übertragungselektronik. Gemessen werden damit die Radialkräfte F x und F y, die Axialkraft F z sowie das Drehmoment M z. Die Übertragung der digitalisierten Messsignale auf den Stator, die Bereichsumschaltung der Ladungsverstärker sowie die Energieversorgung erfolgt berührungslos. Der Stator wird im Abstand von einigen Millimetern vom Rotor an der Werkzeugmaschine befestigt. Der Signal Conditioner ist für die Energieversorgung, Signalübertragung und Steuerung des Systems verantwortlich. Wahlweise können manuell oder via serielle Schnittstelle Messbereiche angewählt sowie die Messung gestartet werden. Das Messsignal steht als analoges Spannungssignal ±0 Volt zur Verfügung. Die Ansteuerung des Systems sowie die Erfassung der Daten kann über die Software DynoWare von Kistler oder über eine beliebige Datenerfassungssoftware erfolgen. Technische Daten Rotor Typ 970Axxx0 Drehzahl, max. min ) Messbereich, nominal F x, F y N ) F z N ) M z N m ) Messbereich 2, nominal F x, F y N ) F z N ) M z N m ) Messbereich, nominal F x, F y N ) F z N ) M z N m ) Empfindlichkeit Bereich F x, F y mv/n 2 F z mv/n 0,5 M z mv/n m 66 Empfindlichkeit Bereich 2 F x, F y mv/n 5 F z mv/n 2 M z mv/n m 200 Empfindlichkeit Bereich F x, F y mv/n 20 F z mv/n 5 M z mv/n m 000 Linerarität %FSO ±,0 Hysterese %FSO,0 ) 2) Rotoren mit Spindeladapter DIN 6987-AD50, MAS 40 BT 50 oder ANSI B sind auf min limitiert. Kleinere Spindeladapter limitieren den Nutzbereich von RCD's. Die Rotoren werden entsprechend diesen Grenzwerten kalibriert (siehe Seite 4). Seite /5

2 Technische Daten (Fortsetzung) Übersprechen F x < > F y %FSO ±2,0 F x, y > F z %FSO ±,5 F z > F x, y %FSO ±,0 F z > M z mn m/n ± M z > F z N/N m ± Eigenfrequenz 2) f 0,,y Hz f 0, Hz Tiefpass (anti-aliasing) khz,0 Tiefpass Filter Typ 6 pol., Butterworth Abtastrate pro Kanal khz 22,2 Auflösung bit 2 Betriebstemperaturbereich C Schutzart (IEC 60529) IP67 Interner Kühlschmiermitteldruck, max. bar 70 Wuchtklasse G 2,5 Gewicht (nur Rotor) 2) kg,6 2) Gilt für Typ 970A (RCD mit Spindeladapter HSK-A6, ER-Spannzangenadapter, ohne Werkzeug) Signal Conditioner Typ 528Bx Anzahl Kanäle 4 Anzahl Bereich pro Kanal Tiefpass (einstellbar) Eckfrequenz khz 0, Eckfrequenz 2 khz,0 Eckfrequenz khz,0 Tiefpass Filter Typ 6 pol., Butterworth Signalausgang FSO V ±0 Stecker Signalausgang 4xBNC neg. D-Sub neg. 5-pol. Schnittstelle (für Fernsteuerung) RS-22C Spannungsversorgung VAC V Toleranz % ±0 Netzfrequenz Hz Betriebstemperaturbereich C Schutzart (IEC 60529) IP0 Abmessungen BxHxT mm 248x25x46 Gewicht (nur Signal Conditioner) kg,4 Anwendung Mit einem rotierenden Dynamometer lassen sich die drei orthogonalen Kräfte F x, F y und F z sowie das Drehmoment M z bei spanenden Fertigungsverfahren, insbesondere beim Fräsen und beim Bohren, messen. Rotierende Dynamometer ermöglichen: Erfassung der mechanischen Belastung während Zerspanprozess Analyse des Verschleissvorganges Optimierung von Schnittparametern Berechnung von materialspezifischen Konstanten (z.b. die spezifische Schnittkraft) Optimierung des Werkzeuges hinsichtlich Geometrie und Beschichtung Verifikation von Zerspansimulationen Die Erfassung der Kräfte und des Momentes erfolgt nahe der Werkzeugschneide. Der angreifende Kraftvektor an einschneidigen Werkzeugen kann dabei direkt ermittelt werden. Dank dem im Rotor platzierten, neuentwickelten piezoelektrischen Sensor lassen sich hochdynamische Signale erfassen. Die höhere Eigenfrequenz und die höhere Abtastrate gegenüber dem Vorgängermodell ermöglichen die Erfassung der Signale bei Hochgeschwindigkeitsprozessen. Vorteile eines rotierenden Dynamometers Die Verwendung eines rotierenden Dynamometers als Messinstrument bietet für den Anwender einige Vorteile: Das zur Zerspanung aufzubringende Drehmoment wird direkt gemessen. Das erlaubt eine akkurate Aussage über den Zustand des Werkzeuges, beispielsweise über den Verschleiss Der Rotor eines rotierenden Dynamometers rotiert mit dem Werkzeug mit und ermöglicht damit die direkte Quantifizierung der mechanischen Belastung des Werkzeuges Die Unabhängigkeit von Werkstückmasse, -dimension und -form ermöglichen die Kraft- und Momentmessung des Zerspanprozesses an aufwändigen und kostenintensiven Bauteilen, z.b. Strukturbauteilen von Flugzeugen oder Blisks (Blade Integrated Disc) Seite 2/5

3 ... 0mm 4-Komponenten Dynamometer (RCD) Rotierend zur Messung der Zerspankräfte Signale eines rotierenden Dynamometers (RCD) Das rotierende Dynamometer Typ 970A... basiert auf einem piezoelektrischen 4-Komponentensensor. Der Rotor des Messsystems ist im eingebauten Zustand verbunden mit der Maschinenspindel und rotiert entsprechend mit. Das bedeutet, dass auch das Koordinatensystem des RCD um die vertikale Z-Achse rotiert. Dank dem rotierenden Koordinatensystem des RCD lassen sich direkte Aussagen über die mechanischen Belastungen der Werkzeugschneide machen. Montage des RCD Typ 970A... Der Rotor eines rotierenden Dynamometers wird, wie ein herkömmliches Werkzeug, über den Spindeladapter in die Maschinenspindel eingezogen. Die Montage des Stators an die Maschine oder an den stillstehenden Teil der Maschinenspindel ist Sache des Anwenders. In der Betriebsanleitung findet sich eine detaillierte Beschreibung des Vorgehens. Handhabung des RCD Typ 970A... während dem Betrieb Um Kollisionen des Stators und der Statorhalterung zu vermeiden wird empfohlen, das RCD Typ 970A... manuell in die Maschinenspindel einzusetzen. Rotor Typ 970A... Stator Typ 526B Kabel Typ 500A95 (L = 0 m) Signal Conditioner Typ 528B/B2 Signal Conditonier Type 528B Dynamometer Analog Output Remote Control Power Sync. Error Measure Signal Conditioner Operate Dynamometer Remote Range, Range Range Output Filter Rotor 970 Rotor 97 khz khz khz 00Hz 00Hz 00Hz RS-22C Remote Control Test GND DGND /Measure Trigger EGND +24V Bild : Schema der Messkette Seite /5

4 Kalibrierbereiche der verschiedenen RCD-Typen Typ Maschinenadapter Kalibrierbereich Kalibrierbereich 2 Kalibrierbereich 970Ax HSK-A40 F x, F y N F z N A2x HSK-A50 F x, F y N Ax HSK-A6 F x, F y N A4x HSK-A80 F x, F y N A6x HSK-E40 F x, F y N F z N M z N m A7x HSK-E50 F x, F y N M z N m A8x HSK-E6 F x, F y N M z N m A2x F x, F y N AD0 F z N (DIN 6987-AD0) 970A22x F x, F y N AD40 (DIN 6987-AD40) 970A2x F x, F y N AD50 (DIN 6987-AD50) 970A24x JIS B 69-2 JD 0 F x, F y N (MAS 40 BT 0) F z N A25x JIS B 69-2 JD 40 F x, F y N (MAS 40 BT 40) 970A26x JIS B 69-2 JD 50 F x, F y N (MAS 40 BT 50) 970A27x ANSI / ASME F x, F y N B (CAT 0) F z N A28x ANSI / ASME F x, F y N B (CAT 40) 970A29x ANSI / ASME F x, F y N B (CAT 50) 970Ax Capto C5 F x, F y N A2x Capto C6 F x, F y N Seite 4/5

5 Bestellbeispiel: 970A2 Geprüftes Messsystem RCD Typ 970A... bestehend aus: Integriertem Spindeladapter HSK-A6 Integrierter Spannzangenaufnahme ER, Grösse 2 (DIN 6499-B2) Stator Verbindungskabel Signal Conditioner in Tischgehäuse Die einzelnen Systemkomponenten können auch separat bestellt werden: Komponente Typ Rotor 970Axx0 Stator 526B Verbindungskabel (l = 0 m) 500A95 Signal Conditioner für Rack-Einbau 528B Signal Conditioner für Tischgehäuse 528B2 Spannschlüssel zu ER-Spannzangen Bestellschlüssel Spannzangen DIN 6499-B2-UP Werkzeugdurchmesser d... 2 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm... 2 mm mm... 4 mm mm mm mm mm mm mm 20 Typ 969A Mitgeliefertes Zubehör Typ/Art. Nr. Spannschlüssel zu ER-Spannzangen Spannmutter Hi-Q/ER2 zu ER-Spannzange Zubehör (optional) Spannzangen DIN 6499-B2-UP Bestellschlüssel Rotierendes 4-Komponenten Zerspankraft-Dynamometer RCD Spindeladapter (integriert) HSK-A40 HSK-A50 2 HSK-A6 HSK-A80 4 HSK-E40 6 HSK-E50 7 HSK-E AD0 (DIN 6987-AD0) AD40 (DIN 6987-AD40) AD50 (DIN 6987-AD50) 2 JIS B 69-2 JD 0 (MAS 40 BT 0) 24 JIS B 69-2 JD 40 (MAS 40 BT 40) 25 JIS B 69-2 JD 50 (MAS 40 BT 50) 26 ANSI / ASME B (CAT 0) 27 ANSI / ASME B (CAT 40) 28 ANSI / ASME B (CAT 50) 29 Capto C5 Capto C6 2 Weitere Spindeladapter auf Anfrage Werkzeugaufnahme (integriert) Spannzangenaufnahme ER (DIN 6499 B2) Messsystem nur Rotor 0 Messsystem komplett mit Rotor, Stator, Verbindungskabel und Signal Conditioner (Rack-Einschub) Messsystem komplett mit Rotor, 2 Stator, Verbindungskabel und Signal Conditioner (Tischgehäuse) Typ 970A Bild 2: Spannzange Typ 969A... Seite 5/5