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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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 3
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
Vorstellung iwb und MAPAL1
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 6
Kongress Produktionsforschung 2016
Vorstellung iwb
Unternehmensplanungund -organisation
MechatronischeProduktionssysteme
Fertigungs- undMontagetechnologie
Forschungsgebiete des iwb
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016
Kongress Produktionsforschung 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.
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 9
Kongress Produktionsforschung 2016
MAPAL – Lösungen für alle
Anwendungsbereiche
Spannen Einstellen, Messen und
Ausgeben
Reiben und Feinbohren
Aussteuern Dienstleistungen
DrehenFräsenVollbohren, Aufbohren
und Senken
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 10
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
Vorstellung iwb und MAPAL1
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 12
Kongress Produktionsforschung 2016
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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 13
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
Vorstellung iwb und MAPAL1
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 14
Kongress Produktionsforschung 2016
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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 15
Kongress Produktionsforschung 2016
Intelligente Werkzeuge
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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 16
Kongress Produktionsforschung 2016
Intelligente Werkzeuge
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
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Kongress Produktionsforschung 2016
Intelligente Werkzeuge
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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 18
Kongress Produktionsforschung 2016
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, 13.06.2016 Folie 19
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
Vorstellung iwb und MAPAL1
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 20
Kongress Produktionsforschung 2016
Schnittstellen im Abgleich zum Konsumbereich
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 21
Kongress Produktionsforschung 2016
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, 13.06.2016 Folie 22
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
Vorstellung iwb und MAPAL1
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 23
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
Kongress Produktionsforschung 2016
Forschungsprojekt BaZMod
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 24
Kongress Produktionsforschung 2016
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
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 25
Kongress Produktionsforschung 2016
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, 13.06.2016 Folie 26
Kongress Produktionsforschung 2016
Forschungsprojekt BaZMod
Spezifikationen der Schnittstelle
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 27
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
Zusammenfassung6
Forschungsprojekt BaZMod5
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge4
Intelligente Werkzeuge3
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik2
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Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016 Folie 28
Die Produktion der Zukunft begegnet den Herausforderungen
Kongress Produktionsforschung 2016
Zusammenfassung
Zunehmender Einsatz
von Cyber-Physischen
Systemen in der
Produktionstechnik
Intelligente Werkzeuge
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.zäh@iwb.tum.de
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: stephan.koestler@de.mapal.com
MAPAL Dr. Kress KG
Obere Bahnstr. 13
D-73431 Aalen
www.mapal.com
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