Werkzeugzustand

Werkzeugzustand bezeichnet den aktuellen Zustand eines Schneidwerkzeugs in einem Bearbeitungsprozess. Er umfasst Verschleiß, Beschädigungen, Bruchgefahr und die verbleibende Werkzeuglebensdauer. Der Werkzeugzustand beeinflusst Schnittkräfte, Oberflächengüte und Prozessstabilität und dient als Grundlage für Instandhaltungs- bzw. Austauschentscheidungen.

Die Bewertung des Werkzeugzustands erfolgt oft durch direkte oder indirekte Messungen. Direkte Methoden umfassen optische Inspektion, Röntgen- bzw. Mikroskopieanalysen bzw. gemessene Flank- oder Kraterverschleißhöhe nach dem Wechsel. Während des Betriebs werden indirekte Indikatoren genutzt: Schnittkraft, Spindelstrom, Vibrationen, Akustische Emission, Werkzeugtemperatur. Moderne Systeme kombinieren Sensorik mit datengetriebenen Modellen oder maschinellem Lernen, um Verschleiß vorherzusagen oder den Zustand zu klassifizieren.

Typische Verschleißformen sind Flankenverschleiß, Kraterverschleiß, Chip- und Bruchschäden. Fortschreitender Verschleiß erhöht die Schnittkräfte und verschlechtert die Oberflächengüte; im Extremfall kann Werkzeugausfall oder Prozessunruhe auftreten. Die Bestimmung eines geeigneten Wechselkriteriums hängt von Werkzeugtyp, Werkstückmaterial, Prozessparametern und Qualitätsanforderungen ab.

Vom Konzept des Werkzeugzustands ausgehend verfolgt die Industrie zustandsbasierte Instandhaltung (CBM). Ziel ist es, Werkzeuge rechtzeitig zu wechseln, Ausfallzeiten zu minimieren und Kosten zu senken. Typische Vorgehensweisen umfassen Schwellenwertsets, probabilistische Lebensdauerprognosen und Integration in Fertigungssteuerungen sowie Standards wie ISO 13374 für Zustandsdaten.

Anwendungsbereiche sind Dreh-, Fräs- und Bohrprozesse in der Metallbearbeitung; Vorteile sind reduzierte Ausschussquote, geringere unplanned downtime und bessere Prozessstabilität. Herausforderungen bleiben Messrauschen, Prozessabhängigkeit von Verschleiß und die Notwendigkeit calibrations.