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F. Hoffer:
"Entwicklung eines intelligenten Spannsystems für den Einsatz in der verteilten Fertigung";
Supervisor: C. Sulz, F. Bleicher; Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien, 2021.

Digitalization in manufacturing engineering is gaining ground every day. This development comes with high requirements in the respective for components used in manufacturing. Therefore, a clamping system for the use in distributed manufacturing was developed. It provides functionality to optimize processes and act as a data acquisition component.

The clamping system consists of a machine vice with an electro-mechanical drivetrain and clamping force measurement capability. Thus, it is possible to control the clamping force during the manufacturing process and automate the loading procedure. The robot coupling provides the possibility of manipulating the clamping system with a robotic arm. Another feature is the implemented accelerometer to measure vibration and chatter during manufacturing. The power needed for operation is provided by a wireless buffered power supply system.

The 5G connectivity enables the clamping system to connect to machine controls or powerful computing systems and transfer data with low latency and high reliability. To provide a benefit to the manufacturing process, the data can be reimplemented to the control loop after a machine learning model has calculated parameters to restabilize the milling process. The clamping force can be adapted through commands in the machine code. The configuration of the system is done via the web-based control application. The system is used to highlight the potential of the implementation of 5G technology to the manufacturing environment.

Die Digitalisierung hält Einzug in die Fertigungstechnik. Schlagwörter wie Industrie 4.0 oder Industrial Internet of Things (IIOT) sind in aller Munde. Diese Entwicklungen führen zu erhöhten Anforderungen an ein weitreichendes Spektrum an Komponenten in der Zerspanung. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit ein intelligentes Spannsystem für den Einsatz in der verteilten Fertigung entwickelt. Dieses ermöglicht die effiziente Bearbeitung an verschiedenen Produktionsstandorten und dient als Datenquelle für die Optimierung von logistischen sowie fertigungstechnischen Prozessen.

Das System beinhaltet einen Maschinenschraubstock mit elektromechanischem Antriebsstrang und Spannkrafterfassung. Dieser Aufbau ermöglicht die echtzeitfähige Regelung der Spannkraft während des Bearbeitungsablaufes sowie die Realisierung der automatisierten Werkstückspannung. Das Spannmittel wird durch ein Roboterhandhabungssystem, welches die Manipulation der Palette mit Industrierobotern ermöglicht, ergänzt. Zur Sicherstellung der Funktionalität wird das System mit einer kabellosen Ladeeinheit und unterbrechungsfreier batteriebasierter Spannungsversorgung ausgestattet. Zusätzlich werden leistungsstarke Rechner sowie Messketten zur Erfassung von Schwingungserscheinungen implementiert.

Ein besonderes Merkmal stellt die Anbindung an das 5G-Mobilfunknetz dar. Dadurch werden die Datenübertragung mit geringen Latenzen und die Nutzung von Daten in der Cloud bzw. die Einbindung von Machine-Learning-Modellen möglich. In weiterer Folge können die Informationen in den Prozess rückgeleitet und zur Optimierung genutzt werden. Die Bedienung und Konfiguration des Spannsystems erfolgt über die plattformunabhängige Weboberfläche bzw. seitens der Maschinensteuerung über OPC-UA. Zur Darstellung des Potentials der
5G- Technologie im fertigungstechnischen Umfeld wird das intelligente Spannsystem in eine autonome Fertigungszelle am Institutsstandort Pilotfabrik 4.0 eingebunden.

Spannsystem, Schraubstock, 5G, IOT, Spannpalette