Durch den Einsatz eines intelligenten, adaptiven Sensor-Aktor-Moduls für Bearbeitungswerkzeuge konnten Vibrationen verhindert und die Wärmesteuerung verbessert werden. Das Ergebnis ist eine höhere Qualität und Produktivität.
Ein wichtiges Element der Industrie 4.0 sind Maschinen, die sich selbstständig an sich verändernde Umgebungsbedingungen anpassen können. Im EU-Projekt HARCO wurden dazu Bauelemente für metallbearbeitende Maschinen entwickelt, die Vibrationen im Werkzeug automatisch kompensieren können. Dies ermöglicht eine deutlich bessere Qualität und eine höhere Produktivität des bearbeiteten Werkstücks.
Schwingungen werden aktiv reduziert
Bei der spanenden Fertigung – also zum Beispiel in Fräsmaschinen – entstehen Vibrationen, sobald das Werkzeug auf die Oberfläche des Werkstücks trifft. Die Präzision und Qualität der gefertigten Oberfläche hängt wesentlich von diesen Vibrationen ab. Firmen und Forschungseinrichtungen aus Italien, Deutschland, Großbritannien, Spanien und Belgien haben ein adaptives Bauteil entwickelt, das den Meißel mit der Werkzeugaufnahme der Maschine verbindet und aktiv Schwingungen reduzieren kann.
Dieses „adaptronische“ Bauteil ist mit Sensoren und intelligenten Aktoren ausgestattet: Die Sensoren messen das Schwingungslevel und geben die Information an die interne Steuerung weiter. Intelligente Algorithmen berechnen darauf basierend eine Strategie zur Steuerung der Aktoren, die durch ihre Bewegungen die unerwünschten Vibrationen eliminieren. Das System ist so in der Lage, die für den jeweiligen Prozess erforderliche aktive Dämpfung vorherzusagen.
Weitere Module ergänzen das System
Die Schwingungsdämpfung ist aber nur ein Teil der im HARCO-Projekt entwickelten Lösung für Werkzeugmaschinen: Weitere Module ermöglichen ein anpassungsfähiges Einspannen des Werkzeugs oder die Kompensation von Wärmeausdehnungen, die durch die Bearbeitung entstehen. Die modularen Adaptronikbauelemente können bei Bedarf angeschlossen werden, um anpassungsfähige intelligente Komponenten (Adaptive Smart Component, ASC) zu bilden.
Exakte und schnelle Positionierung bei Robotern
Das spanische Forschungsunternehmen Tecnalia nutzt die ASC-Technologie für die Vibrationsdämpfung von Robotern mit serieller und paralleler Kinematik und unterstreicht damit die Vorteile des ganzheitlichen Konstruktionsansatzes. Das konkrete Ziel war es, die Zykluszeiten von Parallelrobotern zu reduzieren, die für schnelle und hochakkurate Pick-and-Place-Aufgaben entwickelt wurden. Aufgrund der hohen Beschleunigungen ist der Aktor, zum Beispiel der Greifer des Roboters, an der Stoppposition unerwünschten Vibrationen des Roboterarms ausgesetzt. Dadurch entstehen längere Zykluszeiten. Um die Genauigkeit und Produktivität dieser Roboter zu steigern, hat Tecnalia zwei Strategien verfolgt: Zum einen wurde ein adaptiver Drehmoment-Controller entwickelt und implementiert. Zum anderen entwickelte das Unternehmen ein Smart Device, das die Schwingungen der mobilen Plattform des Roboters in der Platzierungsposition dämpft.
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