Wir finden den Fehler: 3 Beispiele für Prozessdatenanalyse

​Nicht jedes Problem lässt sich mit einem schnellen Blick in die Maschine lösen. Denn oft stecken Zusammenhänge und Wechselwirkungen verschiedener Parameter dahinter, die nur durch eine ganzheitliche Analyse der Zerspanungsprozesse entdeckt werden können. Genau diesen Service einer detaillierten Prozessdatenanalyse bietet Gühring. Über ein intelligentes Prozessdaten-Aufzeichnungstool lassen sich Prozesse auswerten und mittels „Gühring Tool Management Software“ (GTMS) digital darstellen. Aus diesen Daten entwickeln unsere erfahrenen Zerspanungsexperten Lösungen. Hier sind drei Beispiele für gelungene Prozessdatenanalyse:

Problem 1: Hoher Verschleiß beim Tieflochbohren

Problemstellung: Beim Einbringen von Tieflochbohrungen in Kurbelwellen klagt ein Kunde über schlechte Standzeiten und vereinzelt sogar Brüche seiner Werkzeuge. Auch die Oberflächen der Bauteile entsprechen nicht den Qualitätsanforderungen.

Analyse: In der Prozessdatenanalyse schauen sich die Gühring-Experten die Spindelauslastung genau an. So kann erkannt werden, welche Einflüsse auf das Werkzeug durch den Bohrprozess selbst, aber auch durch die Bauteilaufspannung und die Vorrichtung entstehen und wie diese auf den Prozess wirken. Zum Vergleich werden zwei Werkzeuge mit verschiedenen Geometrien für die Bearbeitung getestet. Die Grafik zeigt einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Werkzeugen: Während die Spindelauslastung bei dem optimierten Werkzeug (blaue Linie) sehr gleichmäßig verläuft, fallen bei dem bisher verwendeten Tieflochbohrer (rote Linie) extreme Schwankungen auf. Und bei genauerer Betrachtung des Werkzeugs wird auch klar, warum: Durch die unzureichende Oberflächenqualität des bisher verwendeten Tieflochbohrers wird der Spanabtransport deutlich verschlechtert. Dadurch erhöht sich die Reibung beim Bohren und somit auch der Verschleiß.

Lösung: Weil ein sicherer Spanabtransport beim Tieflochbohren elementar wichtig ist, wird dem Kunden ein Sonderwerkzeug mit optimierter Oberflächenqualität und angepasster Beschichtung empfohlen. Dieses Werkzeug performt deutlich besser – und vor allem auch länger.

Die Grafik zeigt zwei Werkzeuge, jeweils mit einem Durchmesser von 8 mm, im direkten Vergleich: Tieflochbohrer 1 (blaue Linie) erzielt eine Schnittgeschwindigkeit von 90 m/min. Die Last auf die Achse beträgt dabei maximal 4,95 %. Bei der gleichen Schnittgeschwindigkeit ist die Achsiallast bei Tieflochbohrer 2 (rote Linie) deutlich höher und beträgt maximal  10,30 %.

Anmerkung: Für eine bessere Darstellung wurde das Vorschubdiagramm auf ± 250 mm/min gefiltert.

Problem 2: Werkzeugbrüche bei der Mikrobearbeitung

Problemstellung: Ein anderer Kunde führt Bohrversuche in Edelstahl (V4A) durch. Doch das Mikrowerkzeug mit Durchmesser 1,25 mm bricht immer wieder ab. Weil die Gründe dafür nicht auf konventionelle Weise entdeckt werden, soll Gühring mithilfe der Prozessdatenanalyse herausfinden, wie es zu den Brüchen kommt.

Analyse: Die Analyse der Spindelauslastung ergibt ein deutliches Bild: Nach nur zwei Bohrungen verdoppelt sich schlagartig die Spindelleistung und normalisiert sich dann wieder. Dank ihrer langjährigen Erfahrung wissen die Gühring-Experten sofort, was zu diesen Ausschlägen geführt hat: Durch die schlechte Spanabfuhr hatten sich während des Bohrprozesses Spannester gebildet. In vielen Fällen lösten sich diese Spannester nach wenigen Bohrungen wieder, doch manchmal führten sie auch zum Bruch der filigranen Mikrobohrer.

Lösung: Um die Spanabfuhr zu optimieren, empfiehlt Gühring statt des blanken Werkzeugs den Einsatz einer Ausführung mit beschichteter Werkzeugoberfläche. Die Beschichtung reduziert die Reibung beim Bohren und verhindert das Aufkleben von Spänen.

Die beiden Spannester können auch in der Auslastung der Z-Achse identifiziert werden. Hierdurch wird abgeleitet, dass die Spanklemmer mehr radiale als axiale Kräfte erzeugen.

Problem 3: Rundheitsprobleme in der Bohrung

Problemstellung: Eine Bohrung stellt auch einen anderen Kunden vor ein Rätsel: Bei der Vorbearbeitung einer Motorkomponente mit einer Reibahle kommt es immer wieder zu Rundheitsproblemen – ohne dass der Grund von außen ersichtlich ist. Die Bohrung ist bei diesen Bauteilen im Durchmesser aufgeweitet.

Analyse: Auch hier nimmt Gühring eine umfangreiche Datenanalyse vor: Der gesamte Bearbeitungsprozess inklusive Vorbearbeitung wird über einen langen Zeitraum betrachtet. Das Ergebnis: Während bei den meisten Bohrungen alles normal abzulaufen scheint, stellen die Experten bei Bohrung 4 Sprünge in der Achsen-Auslastung fest. Hier ist die Auslastung schlagartig deutlich höher als bei den anderen Bohrungen. Bei genauerem Hinsehen ist auch der Grund für diese Sprünge schnell gefunden: Es konnten kleine Späne in der Bohrung identifiziert werden, die bei der Vorbearbeitung in die Bohrung gelangt sein müssen. In den meisten Fällen wurden diese während der Bearbeitung durch die Bohrung geschoben. Doch bei Bohrung 4 verklemmte sich ein solcher Span in der Reibahle und drängte diese ab, was zu der Aufweitung führte.

Lösung: Das Problem konnte durch einen zusätzlichen Schwenk der A-Achse einfach gelöst werden.

Bei der Bearbeitung mit Ø 10H7 erzeugt das Werkzeug eine maximale Spindellast von 2,8 %. Bei Ø 28,1 steigt die Spindellast auf 10,1 % an und normalisiert sich bei den folgenden Bohrungen wieder.

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