DE102006019135B4 - Verfahren zur Verschleißkompensation eines Finishwerkzeuges - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken, mit dem Maßabweichungen und Unrundheiten eines Werkstückes beseitigt und eine glatte Oberfläche mit geringer Rauhtiefe erzeugt wird, wobei die Finishbearbeitung durch eine Relativbewegung zwischen dem Finishwerkzeug und der Werkstückoberfläche erzeugt wird, welche durch einen Antrieb des Finishwerkzeuges und des Werkstückes erreicht wird, wobei die Oberfläche des Werkstückes durch eine von einem NC-Zustellprogramm gesteuerte Zustellbewegung des Finishwerkzeuges abgetragen wird und das NC-Zustellprogramm abhängig von einem empirischen Verschleißtrend den Verschleiß des Finishwerkzeuges berechnet und durch eine Anpassung der Zustellbewegung ausgleicht, wobei zwischen der Bearbeitung zweier Werkstücke eine Referenzfläche mit dem Finishwerkzeug angefahren und der Verschleiß des Finishwerkzeuges über die Standzeit des Finishwerkzeuges mehrfach gemessen wird, wobei der Verschleiß durch jedes Anfahren der Referenzfläche gemessen und jeweils der empirische Verschleißtrend anhand des gemessenen Verschleißes neu bestimmt wird und wobei aus dem gemessenen Verschleiß und dem Verschleißtrend die Anzahl der Werkstücke, nach deren Bearbeitung die Referenzfläche mit dem Finishwerkzeug angefahren wird, und die Reststandzeit des Finishwerkzeuges bestimmt wird, wobei die Reststandzeit einer Prozessvisualisierung zugeführt und/oder bei Erreichen der Verschleißgrenze ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt wird und wobei vor Beginn der Bearbeitung der Werkstücke mit einem neuen Finishwerkzeug die Referenzfläche angefahren wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschleißkompensation eines Finishwerkzeuges bei der Finishbearbeitung von Werkstücken, bei dem eine Oberfläche der Werkstücke durch eine von einem NC-Zustellprogramm gesteuerte Zustellbewegung des Finishwerkzeuges abgetragen wird, wobei das NC-Zustellprogramm abhängig von einem empirischen Verschleißtrend den Verschleiß des Finishwerkzeuges berechnet und durch eine Anpassung der Zustellbewegung ausgleicht.
  • Durch eine Finishbearbeitung werden Maßabweichungen und Unrundheiten eines Werkstückes beseitigt und eine glatte Oberfläche erzeugt, die sich durch eine geringe Rauhtiefe auszeichnet. Unter dem Begriff ”Finishbearbeitung” fallen insbesondere die Verfahren Feinschleifen und Honen. Als Finishwerkzeuge sind beispielsweise Schleißbänder, Honsteine, rotierende Topfscheiben und dergleichen einsetzbar. Die Auswahl des geeigneten Finishwerkzeuges richtet sich nach dem zu bearbeitenden Werkstück. Als Werkstücke kommen beispielsweise Bremsscheiben, Pleuel, Kurbel- und Nockenwellen, Zahnstangen, Zahnräder, Wälzlager oder auch medizinische Prothesen und Werkstücke aus Keramik, Glas oder Kunststoff in Betracht.
  • Die Finishbearbeitung erfolgt durch eine Relativbewegung zwischen einer Werkstückoberfläche und einem Finishwerkzeug, wobei sich die Relativbewegung in eine zu einer Oberfläche des Werkstückes im Wesentlichen parallele Bewegung und in eine Zustellbewegung zwischen Werkstück und Finishwerkzeug aufteilen lässt. Durch eine Steuerung der Zustellbewegung kann ein vorgegebenes Werkstückmaß erreicht werden, wobei jedoch eine Veränderung des Finishwerkzeuges durch Verschleiß zu berücksichtigen ist. Die Relativbewegung zwischen Finishwerkzeug und Werkstückoberfläche kann durch einen Antrieb des Finishwerkzeuges und/oder des Werkstückes erreicht werden.
  • Ein Verfahren zur Verschleißkompensation mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der Praxis bekannt. Der Verschleiß des Finishwerkzeuges wird dabei anhand eines typischen empirischen Verschleißtrends ausgehend von einem neuen Finishwerkzeug extrapoliert und die Zustellbewegung wird von dem NC-Zustellprogramm entsprechend nachgeführt. Da Schwankungen der Qualität von Finishwerkzeug und Werkstück zunächst nicht berücksichtigt werden, ist die Verschleißkompensation ungenau, wobei sich systematische Abweichungen über die gesamte Standzeit des Finishwerkzeuges aufsummieren. Anhand einer genauen Vermessung der Werkstücke nach der Finishbearbeitung kann der Verschleißtrend überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Sofern die Vermessung unmittelbar nach Finishbearbeitung erfolgt, kann auch der Verschleißtrend für ein bestimmtes Finishwerkzeug während des Betriebes überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. Die Realisierung einer solchen Postprozess-Messsteuerung ist jedoch vergleichsweise aufwendig und teuer.
  • Aus der Praxis ist weiter bekannt, den Verschleiß des Finishwerkzeuges unmittelbar während der Finishbearbeitung beispielsweise mit einem Messtaster zu bestimmen und die Zustellbewegung verschleißabhängig durch das NC-Zustellprogramm anzupassen. Die beschriebene Inprozess-Messsteuerung ist aufwendig und sehr teuer.
  • Die WO 2005/023 486 A1 , die den nächstliegenden druckschriftlichen Stand der Technik bildet, betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines rotierenden, mit zumindest einer Schneide versehenen Werkzeugs. Dabei wird die Oberfläche des Werkstückes durch eine von einem NC-Zustellprogramm gesteuerte Zustellbewegung des Werkzeuges abgetragen. In vorbestimmten Zeitintervallen wird der Bearbeitungsvorgang unterbrochen, wobei das Werkzeug von dem Werkstück weggefahren und nachfolgend an dem Werkzeug eine Verschleißmessung durchgeführt wird. Der Verschleiß des Werkzeuges wird auf diese Weise über die Standzeit des Werkzeuges mehrfach gemessen. Nach der Verschleißmessung wird das Werkzeug jeweils in seine vor der Unterbrechung befindliche Zustellposition zurückgefahren und wird der Bearbeitungsvorgang fortgesetzt. Im nachfolgenden Zeitraum erfolgt kontinuierlich eine Zustellung des Werkzeuges zum Ausgleich des gemessenen Verschleißes.
  • Die US 5 740 081 A betrifft ein Verfahren zur Positionskorrektur eines Fräswerkzeuges bei der Bearbeitung von Werkstücken, bei dem eine Oberfläche der Werkstücke durch eine von einem NC-Zustellprogramm gesteuerte Zustellbewegung des Fräswerkzeuges abgetragen wird. Mit der Positionskorrektur kann eine Fehlausrichtung des Werkzeuges ausgeglichen werden, die maßgeblich durch thermische Effekte bestimmt wird. Toleranzen infolge eines Werkzeugwechsels und ein Verschleiß des Werkzeuges kommen hinzu. Das NC-Zustellprogramm errechnet abhängig von einem empirisch ermittelten Trend die Veränderungen an dem Werkzeug und gleicht diese Veränderungen durch eine Anpassung der Zustellbewegung aus. Dabei werden die Veränderungen des Werkzeuges durch das Anfahren einer Referenzfläche gemessen und der empirische Trend anhand der Messwerte neu bestimmt. Das Verfahren zur Positionskorrektur wird nach einem Werkzeugwechsel und zu Beginn eines Fräsvorganges durchgeführt. Wiederholte Messungen zur Positionskorrektur sind nur in einer ersten Phase des Fräsvorganges vorgesehen.
  • Die JP 2001 277 073 A1 betrifft ebenfalls ein Verfahren zu einer Positionskorrektur bei einem Fräswerkzeug, wobei das Fräswerkzeug kontaktlos durch eine Messeinrichtung erfasst wird. Die Messungen werden in variablen Intervallen durchgeführt.
  • Bei einem aus JP H06 179 151 A1 bekannten Verfahren wird die Längenänderung des Fräswerkzeuges in konstanten Zeitintervallen gemessen und aus dem Vergleich der Werte die Zustellung des Fräswerkzeuges korrigiert.
  • Bei einem aus JP H10 20 911 A bekannten Verfahren zur Verschleißkompensation eines Bearbeitungswerkzeuges wird der Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges durch wiederholtes Anfahren einer Referenzfläche gemessen.
  • Ferner beschreibt die DD 271 173 A1 ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes spanabhebender Werkzeuge, bei dem eine vorgegebene Sollstandzeit des Werkzeuges um die je Bearbeitungsschritt erfassten Werkzeugeingriffszeiten vermindert wird. Dabei werden Korrekturwerte berücksichtigt, die von mehreren Faktoren wie z. B. Schneidstoff und Werkstoff abhängig sind. Nach jedem Bearbeitungsschritt ist eine Reststandzeit auswertbar, die den realen Verschleißzustand widerspiegelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verschleißkompensation mit den eingangs beschriebenen Merkmalen derart weiter zu bilden, dass auf einfache Weise eine größere Genauigkeit der Verschleißkompensation eines Finishwerkzeuges erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
  • Der Verschleiß des Finishwerkzeuges wird durch das Anfahren einer Referenzfläche gemessen, wobei der empirische Verschleißtrend anhand des gemessenen Verschleißes neu bestimmt wird. Die Referenzfläche kann durch ein Referenzwerkstück bereitgestellt werden. Bei dem Anfahren der Referenzfläche zwischen der Bearbeitung zweier Werkstücke wird der Verschleiß des Finishwerkzeuges genau gemessen. Ferner wird ausgehend von den Abmessungen des Finishwerkzeuges im Neuzustand oder dem bei einem vorangegangenen Anfahren der Referenzfläche bestimmten Verschleiß der tatsächliche empirische Verschleißtrend des vorliegenden Finishwerkzeuges bestimmt und angepasst. Durch ein mehrfaches Anfahren der Referenzfläche über die Standzeit eines bestimmten Finishwerkzeuges wird auch ein sich mit fortschreitendem Verschleiß ändernder Verschleißtrend ermittelt und entsprechend angepasst. Sofern die genauen Abmessungen eines neuen Finishwerkzeuges nicht genau bekannt sind, ist vor Beginn der Bearbeitung der Werkstücke mit dem neuen Finishwerkzeug vorgesehen, dass die Referenzfläche zur genauen Bestimmung der Abmessungen des Finishwerkzeuges angefahren wird. Im Vergleich zu einer teuren und aufwendigen Inprozess-Messsteuerung, die den Einsatz von taktilen Messeinrichtungen erfordert, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass es auch bei kleinen Werkstückabmessungen, in Bohrungen oder bei einem hohen Überdeckungsgrad von Finishwerkzeug und der zu bearbeitenden Fläche ohne Einschränkung einzusetzen ist, wobei sehr enge Werkstücktoleranzen im Mikrometerbereich erreicht werden können.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Referenzfläche abhängig von dem empirischen Verschleißtrend und dem damit berechneten Verschleiß in variablen Intervallen angefahren wird. Insbesondere bei einem neuen Finishwerkzeug, kurz vor Erreichen einer vorgegebenen Verschleißgrenze oder bei einer unerwartet starken Änderung des Verschleißtrends sind kurze Intervalle für das Anfahren der Referenzfläche vorteilhaft. Falls sich der Verschleißtrend über aufeinander folgende Messungen des Verschleißes nur gering ändert, ist ein langes Intervall für das Anfahren der Referenzfläche ausreichend.
  • Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verschleiß und damit auch das Erreichen einer vorgegebenen Verschleißgrenze genau bestimmt werden können, ist eine optimale Ausnutzung jedes Finishwerkzeuges gewährleistet, wobei ein schneller Verschleiß rechtzeitig angezeigt wird, bevor durch die Bearbeitung mit einem abgenutzten Finishwerkzeug die Oberflächenqualität abnimmt und wobei bei einem langsamen Verschleiß das Finishwerkzeug über einen längeren Zeitraum bis zum Erreichen der Verschleißgrenze genutzt werden kann. Aus dem gemessenen Verschleiß und dem Verschleißtrend wird die Reststandzeit des Finishwerkzeuges bestimmt und einer Prozessvisualisierung übergeben. Einem Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens kann frühzeitig angezeigt werden, wann ein Wechsel des Finishwerkzeuges durchzuführen ist. Auch ein automatischer Werkzeugwechsel bei Erreichen der Verschleißgrenze ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt exemplarisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Verschleißkompensation eines Finishwerkzeuges.
  • Vor Beginn der Bearbeitung von Werkstücken mit einem neuen Finishwerkzeug wird zur Bestimmung der genauen Abmessungen des Finishwerkzeuges eine Referenzfläche, die von einem Referenzwerkstück bereitgestellt wird, angefahren und der Nullpunkt für ein NC-Zustellprogramm festgelegt. Ausgehend von diesem Wert wird die Abnahme der Abmessung des Finishwerkzeuges in Zustellrichtung Δx anhand eines empirischen Verschleißtrend im Voraus berechnet, wobei der Zustellweg zwischen Finishwerkzeug und Werkstück in x-Richtung zur Verschleißkompensation zunächst kontinuierlich erhöht wird. Ausgehend von dem zugrunde gelegten empirischen Verschleißtrend ist erwartungsgemäß nach einer Bearbeitung von n0 Werkstücken die Verschleißgrenze Δxmax erreicht. Nach der Finishbearbeitung von n1 Werkstücken wird das Referenzwerkstück erstmalig angefahren und der Zustellweg bei dem Anfahren bei einer ersten Messung M1 gemessen. Da der gemessene Verschleiß geringer ist als der im Voraus berechnete, wird für die weitere Bearbeitung ein flacherer Verschleißtrend bestimmt. Da nachfolgend der tatsächliche Verschleiß V zunimmt, wird bei dem zweiten Anfahren des Referenzwerkstückes bei der Messung M2 nach n2 Werkstücken ein steilerer Verschleißtrend bestimmt. Da bei den weiteren Messungen M3 und M4 nach n3 bzw. n4 Werkstücken nur geringe Korrekturen des Verschleißtrends erforderlich sind, wird von dem NC-Zustellprogramm nach der Messung M4 ein größeres Intervall bis zur Messung M5 nach n5 Werkstücken gewählt. Ausgehend von dem gemessenen Verschleiß und dem bestimmten Verschleißtrend wird stets die Reststandzeit des Finishwerkzeuges bestimmt und einer Prozessvisualisierung übergeben. Nach der Finishbearbeitung von n6 Werkstücken ist die vorgegebene Verschleißgrenze Δxmax erreicht und das Finishwerkzeug muss ausgetauscht werden. Eine entsprechende Statusmeldung wird einem Benutzer von einer Prozessvisualisierung angezeigt.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken, mit dem Maßabweichungen und Unrundheiten eines Werkstückes beseitigt und eine glatte Oberfläche mit geringer Rauhtiefe erzeugt wird, wobei die Finishbearbeitung durch eine Relativbewegung zwischen dem Finishwerkzeug und der Werkstückoberfläche erzeugt wird, welche durch einen Antrieb des Finishwerkzeuges und des Werkstückes erreicht wird, wobei die Oberfläche des Werkstückes durch eine von einem NC-Zustellprogramm gesteuerte Zustellbewegung des Finishwerkzeuges abgetragen wird und das NC-Zustellprogramm abhängig von einem empirischen Verschleißtrend den Verschleiß des Finishwerkzeuges berechnet und durch eine Anpassung der Zustellbewegung ausgleicht, wobei zwischen der Bearbeitung zweier Werkstücke eine Referenzfläche mit dem Finishwerkzeug angefahren und der Verschleiß des Finishwerkzeuges über die Standzeit des Finishwerkzeuges mehrfach gemessen wird, wobei der Verschleiß durch jedes Anfahren der Referenzfläche gemessen und jeweils der empirische Verschleißtrend anhand des gemessenen Verschleißes neu bestimmt wird und wobei aus dem gemessenen Verschleiß und dem Verschleißtrend die Anzahl der Werkstücke, nach deren Bearbeitung die Referenzfläche mit dem Finishwerkzeug angefahren wird, und die Reststandzeit des Finishwerkzeuges bestimmt wird, wobei die Reststandzeit einer Prozessvisualisierung zugeführt und/oder bei Erreichen der Verschleißgrenze ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt wird und wobei vor Beginn der Bearbeitung der Werkstücke mit einem neuen Finishwerkzeug die Referenzfläche angefahren wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfläche durch ein Referenzwerkstück bereitgestellt wird.
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