Sensorisierte Werkzeuge machen Zerspanung messbar

Die Erwartungen an die intelligente Fertigung sind hoch. Laut der Deloitte-Umfrage 2025 Smart Manufacturing and Operations Survey sind 92 Prozent der befragten Unternehmen der Meinung, dass die intelligente Fertigung in den nächsten drei Jahren der wichtigste Faktor für Wettbewerbsfähigkeit sein wird. Sie wirkt sich positiv auf die Produktionsleistung, die Produktivität und die Kapazität aus.

Schneller ausführende Programme einzusetzen oder Roboter um eine Maschine herum zu installieren, reicht nicht aus, wenn der Bearbeitungsprozess selbst weiterhin auf Gefühl oder zu konservativen Parametern basiert. Voraussetzung für eine echte Automatisierung ist, dass man in Echtzeit erkennt, was im Eingriff passiert, und Gegenmaßnahmen ergreift, bevor Schäden entstehen und Ausfallzeiten eskalieren.

Sensorisierte Werkzeuge sind Zerspanungswerkzeuge, Adapter oder Halter, die über eingebauten oder angebauten Sensoren verfügen. Diese erfassen während der Bearbeitung wichtige Signale. Auf diese Weise kann das System die Schnittkräfte und Vibrationen erfassen, Oberflächenrattern an der Werkzeugspitze erkennen und diese Informationen in Echtzeit an eine Bedienerschnittstelle oder die Maschinensteuerung übermitteln. Anomalien können erkannt und entsprechende Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Dies kann eine kurze Bearbeitungsunterbrechnung, eine Anpassung der Parameter oder einen Werkzeugwechsel bedeuten. Der entscheidende Punkt ist jedoch, dass durch reproduzierbare Eingriffe innerhalb des Bearbeitungsprozesses – also Arbeitsabläufe, die bei wiederholter Durchführung stets die gleichen verlässlichen Ergebnisse liefern – eine Kontinuität über alle Arbeitsschichten hinweg gewährleistet wird.

Gesteigerte Produktivität

Werkzeuge mit Sensoren steigern die Produktivität, indem sie den Schnitt stabilisieren und ungeplante Stillstände reduzieren. Sobald ein Prozess wirklich sicher ist, können Fertigungsunternehmen die unbeaufsichtigten Zeitfenster bedenkenlos verlängern. Der Fokus verlagert sich somit von einem hohen Personalaufwand in der Fertigung hin zu einer nachhaltigen Zeiteinsparung.

Ein weiterer Vorteil von sensorgesteuerten Werkzeugen ist ihre längere Standzeit. Viele Fertigungsunternehmen legen aus Angst vor überraschenden Ausfällen konservative Wechselintervalle fest. Dies hat jedoch zur Folge, dass die mögliche Standzeit der Werkzeuge nicht voll ausgeschöpft wird und die Kosten steigen. Andere wiederum überschreiten die empfohlenen Intervalle, was zu Bruchschäden und somit zu höheren Kosten für Ausschuss und Wiederherstellungszeit führt.

Mithilfe von Live-Signalen aus dem Prozess werden evidenzbasierte Entscheidungen getroffen. So wird beispielsweise eine Wendeschneidplatte ersetzt, weil die Signal-Signatur zeigt, dass sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat – und nicht, weil ein Zähler abgelaufen ist oder weil man es vermutet. Diese Vorgehensweise führt über eine ganze Maschinenflotte und ein Produktionsjahr hinweg zu längeren Schnittzeiten, weniger Unterbrechungen und einer höheren Auslastung, ohne dass zusätzliches Personal eingestellt werden muss.

Wissenslücken schließen

Laut der World Manufacturing Foundation haben 74 Prozent der Unternehmen Schwierigkeiten, die erforderlichen Fachkräfte zu rekrutieren. Da sich dieses Problem in Zukunft noch verschärfen wird, müssen Fertigungsunternehmen interne Schulungen anbieten, m ihre Belegschaft weiterzubilden. Dabei können Führungskräfte in der Fertigungsindustrie eine Reihe von Fehlern machen, wenn sie Daten nicht als Lerninstrument nutzen.

Gelingt es nicht, das Gespür für einen optimalen Schneidprozess in Systemen zu erfassen, kann es verloren gehen, wenn neue Mitarbeitende ins Unternehmen kommen und erfahrene Bediener ausscheiden. Sensorische Werkzeuge helfen dabei, jahrelange Erfahrung in explizite, lehrbare Daten umzuwandeln, auf die sich neue Mitarbeitende in der Fertigung verlassen können. Durch das Speichern von Signalkurven, Schwellenwerten und Ereignisprotokollen entsteht ein Nachschlagewerk, das als Leitfaden für die Auswahl von Parametern dient und die Fehlerbehebung über Schichten und Standorte hinweg erleichtert.

Wenn Wissen nicht nur in wenigen Köpfen, sondern auch in Daten und Modellen gespeichert ist, werden Entscheidungen wiederholbar und überprüfbar. Auf diese Weise erhalten Fertigungsleiter nachvollziehbare Schnittdaten, die Audits und Kundendokumentationen unterstützen. Gleichzeitig haben Ingenieure eine solidere Grundlage für kontinuierliche Verbesserungen, da die Prozesshistorie ein Datensatz und keine Anekdote ist. Vor allem aber können sich die Maschinenbediener nun auf die Prozessoptimierung statt auf das Wahrnehmen von auffälligen Geräuschen konzentrieren, was angesichts der Entwicklung der Belegschaft unerlässlich ist.

Maschinengesteuerte Entscheidungen

In vielen Fertigungsunternehmen werden die Bereiche Visualisierung und Automatisierung häufig verwechselt. Zwar ist ein Diagramm auf einem Tablet nützlich und bietet zweifellos einzigartige Einblicke, doch es erfordert nach wie vor, dass ein Mensch ein Problem erkennt und unter Druck reagiert.

Um echte Automatisierung zu erreichen, bei der das System die Prozessgrenzen automatisch einhält, sollten sensorische Werkzeuge verwendet werden. Übersteigt beispielsweise das Rattern einen definierten Bereich oder steigen die Schnittkräfte so stark an, dass ein Ausfall zu erwarten ist, unterbricht die Steuerung ohne zu zögern den Vorgang, zieht das Werkzeug zurück, ändert den Vorschub oder löst einen Werkzeugwechsel aus. So können die Bauteilqualität, die Werkzeuge und die Anlage unmittelbar geschützt werden, und das, bevor Fehler entdeckt werden.

Einblicke in den laufenden Schnittprozess schließen den Feedback-Kreis und ermöglichen so stabile, wiederholbare Zyklen sowie unbeaufsichtigte Laufzeiten. In der Praxis können Unternehmen dadurch ihre unbemannte Fertigung verlässlich planen und rund um die Uhr produzieren. Die Steuerung erkennt Bedingungen außerhalb der Grenzwerte und wendet automatisch die konfigurierten Schutzmaßnahmen an, anstatt sich auf eine Person zu verlassen, die einen Trend erst nachträglich bemerkt.

Ein praktischer Ansatz

Indem die Lücke zwischen Sensor und Steuerung überbrückt wird, wird die Überwachung zu einem maschineninternen Prozess, der den Zerspanungsprozess konsistent schützt. Um den unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Fertigungsunternehmen gerecht zu werden, wurde die sensorische Werkzeuglösung CoroTurn Plus mit zwei sich ergänzenden Funktionsstufen konzipiert.

Überträgt CoroTurn Plus Live-Daten an den CoroPlus Viewer auf einem PC oder Tablet, erhalten Bediener passive Echtzeiteinblicke in Oberflächenrattern und Schnittkräfte. Bei Überschreitung von Grenzwerten können auch akustische Alarme empfangen werden. Darüber hinaus können sie Trends im Vergleich zu Referenzprozessen sehen, bei Überschreitung von Grenzwerten Warnhinweise erhalten, Werte und Abweichungen überprüfen sowie Ereignisse markieren, um die Ursachenanalyse zu beschleunigen. Im Laufe der Zeit zeigen die gesammelten Signale an, wann eine Wendeschneidplatte das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat. Auf diese Weise können Mitarbeiter sie zum richtigen Zeitpunkt austauschen und sowohl vorzeitige Wechsel als auch gravierende Maschinenausfälle vermeiden.

Die nächste Stufe ist der maschinenintegrierte Schutz, bei dem CoroTurn Plus und CoroPlus Connected kombiniert werden. In diesem Modus werden die gleichen Signale an die NC-Steuerung der Maschine weitergeleitet. Über die Software oder den NC-Code legen die Benutzer Grenzwerte für Rattern, Werkzeugbelastung und Vibrationen fest. Tritt ein unerwartetes Ereignis ein, leitet die Steuerung automatisch Schutzmaßnahmen ein. Dazu gehören das Anhalten nach einer Blockade, optionale Pausen sowie die Übersteuerung von Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit. All dies ermöglicht eine verbesserte, maschinengesteuerte Entscheidungsfindung und echte Automatisierung.

Fazit

Bei der intelligenten Fertigung kommt es darauf an, was an der Werkzeugspitze geschieht. Zwar verbessern Cloud-Verbindungen und Dashboards die Sichtbarkeit, doch ein „blindes” Werkzeug führt dazu, dass der Werkzeugeingriff die Schwachstelle des Prozesses bleibt. Sensorische Werkzeuge schaffen hier die nötige Transparenz und ermöglichen es, direkt an der Ursache anzusetzen. Dadurch wird der Werkzeugeingriff zu einem kontrollierbaren und überprüfbaren Prozess, der eine unbemannte Bearbeitung mit vorhersehbaren Ergebnissen ermöglicht.