DE102015203735A1

DE102015203735A1 - Verfahren zur automatischen Verschleißkorrektur bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines rotierenden Schleifwerkzeugs in einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102015203735A1
Application number: DE102015203735.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röders
Original assignee: P&L GmbH and Co KG
Current assignee: P&L GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: DE102015203735B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Verschleißkorrektur bei der Bearbeitung eines Werkstücks 1 mittels eines rotierenden Schleifwerkzeugs 2 in einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine, wobei ein Arbeitsbereich 3 des Schleifwerkzeugs 2, ausgehend von einem apikalen Ende 4 des Schleifwerkzeugs 2, in mehrere ringartige Zonen 5 unterteilt wird, welche durch zur Rotationsachse 6 senkrechte Ebenen begrenzt sind, wobei mittels eines Bearbeitungsprogramms Berührpunkte B des Schleifwerkzeugs 2, die sich während der Bearbeitung mit dem Werkstück 1 ergeben, ermittelt werden, wobei die Berührpunkte B den Zonen 5 zugeteilt werden, wobei die sich für die jeweiligen Zonen 5 ergebende Eingriffszeit ermittelt wird, wobei ein Verschleißverhalten des Schleifwerkzeugs 2 für die jeweiligen Zonen 5 vorab ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Eingriffszeit ein Verschleißwert des Schleifwerkzeugs 2 ermittelt wird, und wobei auf der Basis des Verschleißwerts zur Kompensierung einer maßlichen Veränderung des Schleifwerkzeugs 2 ein Korrekturwert der CNC-Steuerung ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Verschleißkorrektur bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines rotierenden Schleifwerkzeugs durch eine CNC-gesteuerte Werkzeugmaschine.
In der hochgenauen zerspanenden Endbearbeitung werden häufig rotierende Schleifwerkzeuge eingesetzt. Mit diesen können an einem Werkstück sehr hohe Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten hergestellt werden. Nachteilig an Schleifwerkzeugen ist der Verschleiß, zum Beispiel durch Ausbrechen einzelner Schleifkörner. Die Schleifwerkzeuge nutzen sich ab und werden verschleißbedingt kleiner. Insbesondere bei längeren Bearbeitungen wirkt sich das auf die Genauigkeit aus.
Um die Auswirkungen des Verschleißes zu begrenzen, ist bei den meisten Schlefverfahren eine linienförmige Berührung zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück vorgesehen, zum Beispiel beim Flachschleifen, bei dem in der Regel die gesamte Breite der Schleifscheibe gleichzeitig im Eingriff ist, oder beim Koordinatenschleifen, bei dem ebenfalls die ganze Länge der zylinderförmigen oder konischen Schleifstifte mit dem Wertkstück während der Bearbeitung Kontakt hat.
Bei komplexen Konturen der Werkstücke ist es jedoch nicht immer möglich, mit einem linienförmigen Kontakt zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Wertkstück zu arbeiten. Es müssen kugelförmige oder torische Werkzeuge eingesetzt werden, die während der Bearbeitung nur einen punktförmigen Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug erlauben.
Bei einem punktförmigen Kontakt ist die Beanspruchung des Werkzeuges in einem sehr kleinen Bereich sehr hoch. Daher wurde in der Vergangenheit bei derartigen Bearbeitungen auf eine Schleifbearbeitung verzichtet und stattdessen das bekannte Fräsverfahren mit definierter Schneide eingesetzt. Das hat jedoch den Nachteil, dass sich die Werkzeuge auf Grund der Bearbeitungskräfte wegdrängen, was die Genauigkeit begrenzt, und dass die Oberflächenqualität insbesondere bei der Bearbeitung von Stahl auf Grund der Schartigkeit der Werkzeugschneiden ebenfalls begrenzt ist.
Inzwischen haben moderne Bearbeitungsmaschinen eine so hohe Genauigkeit erreicht, dass Bearbeitungen mit sehr kleinen Zustellungen, also sehr kleinen Materialabtragsraten möglich werden. Dadurch können auch dann Schleifwerkzeuge eingesetzt werden, wenn es nur einen punktförmigen Kontakt zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gibt, wie das beispielsweise bei kugelförmigen Werkzeuggeometrien der Fall ist. Auf Grund eines sehr geringen Materialabtrages wird der Verschleiß so weit reduziert, dass für die Praxis akzeptable Werkzeugstandzeiten erreicht werden.
Trotzdem entsteht der von der Schleifbearbeitung bekannte Verschleiß durch Abnutzung, durch den das Schleifwerkzeug langsam kleiner wird. Da dieser Verschleiß insbesondere bei längeren Bearbeitungen nicht vermieden werden kann, ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine geeignete Kompensation durch die Werkzeugmaschine zu schaffen, die die verschleißbedingten maßlichen Abweichungen kompensiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit eine Verschleißkorrektur ermöglicht und zur Herstellung hochpräzise bearbeiteter Werkstücke dient.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur automatischen Verschleißkorrektur bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines rotierenden Schleifwerkzeugs in einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine,

– wobei ein Arbeitsbereich des Schleifwerkzeugs, ausgehend von einem apikalen Ende des Schleifwerkzeugs, in mehrere ringartige Zonen unterteilt wird, welche durch zur Rotationsachse senkrechte Ebenen begrenzt sind,
– wobei mittels eines Bearbeitungsprogramms Berührpunkte des Schleifwerkzeugs, die sich während der Bearbeitung mit dem Werkstück ergeben, ermittelt werden,
– wobei die Berührpunkte den Zonen zugeteilt werden,
– wobei die sich für die jeweiligen Zonen ergebende Eingriffszeit ermittelt wird,
– wobei ein Verschleißverhalten des Schleifwerkzeugs für die jeweiligen Zonen vorab ermittelt wird,
– wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Eingriffszeit der Zonen ein Verschleißwert des Schleifwerkzeugs mit Hilfe des vorab ermittelten Verschleißverhaltens ermittelt wird, und
– wobei auf der Basis des Verschleißwerts zur Kompensierung einer maßlichen Veränderung des Schleifwerkzeugs ein Korrekturwert der CNC-Steuerung ermittelt wird.

Die Erfindung ist dabei auf Anwendungen beschränkt, bei denen es einen Punktkontakt zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück gibt, wie zum Beispiel bei kugelförmigen oder torischen Schleifwerkzeugen.
Der Verschleiß von Schleifwerkzeugen wird sehr wesentlich durch die Bedingungen der Bearbeitung, d. h. Zustellung, Materialabtrag, Material des Werkstückes etc. beeinflusst. Der Verschleiß der Werkzeuge kann einfach ermittelt werden, zum Beispiel durch Vermessen der Schleifwerkzeuge nach einer bestimmten Eingriffszeit.
Wenn die Bedingungen sehr ähnlich sind, ist auch der Verschleiß der Werkzeuge gleich, d. h. reproduzierbar. Das ist die Voraussetzung für eine wirkungsvolle Kompensation.
Erfindungsgemäß wird die Oberfläche des rotierenden Schleifwerkzeuges in kleine Zonen aufgeteilt. Die Zonen können sehr schmal sein und verlaufen in Rotationsrichtung umlaufend um das Werkzeug herum. Wenn das Werkzeug an einem Punkt seiner Oberfläche im Eingriff ist, ist immer eine Zone im Eingriff. Die Breite dieser Zonen kann frei definiert werden und richtet sich nach der Größe des Schleifwerkzeuges und anderen Parametern, wie Eingriffstiefe, etc.
Während der Bearbeitung kann der Berührpunkt des Werkzeuges mit dem Werkstück leicht ermittelt werden. Dazu gibt es unterschiedliche Verfahren, zum Beispiel indem bei dem Bearbeitungsprogramm die Normalenvektoren mit ausgegeben werden, die die Richtung des Berührpunktes zwischen Werkstück und Werkzeug angeben. Oder es wird durch einen direkten Vergleich der Werkzeugbahn mit den Oberflächendaten der Werkstückkonstruktion dieser ermittelt.
Der Berührpunkt liegt während der Bearbeitung eines Werkstückes immer in einer der auf dem Werkzeug definierten Zonen. Abhängig von der Werkstückgeometrie, zum Beispiel bei konkaven Werkstücken, wandert der Berührpunkt während der Bearbeitung zwischen den einzelnen definierten Zonen auf dem Werkzeug hin und her. Die Zone, in welcher sich der Berührpunkt des Werkzeuges mit dem Werkstück befindet, ist jeweils gerade im Eingriff.
Erfindungsgemäß wird während der Bearbeitung die Eingriffszeit für jede einzelne Zone in der Steuerung aufaddiert und festgehalten. Erfindungsgemäß wird außerdem ein typisches Verschleißverhalten des Schleifstiftes für die einzelnen Zonen in der Steuerung hinterlegt. Dies kann zum Beispiel eine mathematische Funktion, ein durch Stützpunkte definierter Verlauf oder im einfachsten Fall auch nur eine Gerade für einen linearen Verlauf sein. Der Verschleißverlauf kann für bestimmte Bearbeitungssituationen (Bearbeitungsparameter) zuvor, beispielsweise durch Versuche, ermittelt werden. Er gibt an, wie sich das Werkzeug in einer Zone abnutzt, wenn diese über eine bestimmte Zeit im Eingriff ist.
Wenn das Verschleißverhalten einer Zone so in der Steuerung definiert wurde, kann abhängig von der tatsächlichen Eingriffszeit einer Zone leicht der Verschleißwert, d. h. die verschleißbedingte maßliche Veränderung des Werkzeuges in der Zone durch die Steuerung kompensiert werden. Dazu wird während der Bearbeitung fortlaufend mit Hilfe der Position des Berührpunktes auf dem Werkzeug die Eingriffszeit für jede einzelne Zone des Werkzeuges ermittelt (fortlaufend aufaddiert) und aus der Eingriffszeit für jede Zone sich der für die jeweilige Zone ergebende maßliche Verschleiß an Hand des hinterlegten Verschleißverhaltens bestimmt und das Werkzeug um den so bestimmten Verschleißwert in Richtung Werkstückoberfläche zugestellt, so dass der Verschleiß kompensiert wird.
Das Verschleißverhalten der einzelnen Zonen muss nicht identisch sein. Bei kugelförmigen Schleifstiften sind die Zonen an der Werkzeugspitze deutlich kleiner (in Rotationsrichtung kürzer) als die Zonen im Bereich des Äquators. In der Folge wird auch der Verschleiß in den Zonen, die sich näher an der Werkzeugspitze befinden, deutlich größer sein.
Damit nicht für jede Zone einzeln ein eigenes Verschleißverhalten in der Steuerung hinterlegt werden muss, kann auch ein definierter Zusammenhang des Verschleißverhaltens der einzelnen Zonen zueinander in der Steuerung hinterlegt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Länge einer Zone in Rotationsrichtung. Dabei wird angenommen, dass die grundlegende Funktion des Verschleißverhaltens für jede einzelne Zone gleich ist, zum Beispiel linear. Auf Grund der kleineren Oberfläche der Zonen in der Nähe der Werkzeugspitze werden diese schneller als die Zonen in der Nähe des Äquators verschleißen. Wenn beispielsweise ein lineares Verschleißverhalten angenommen wurde, bedeutet das, dass die das Verschleißverhalten einer Zone beschreibende Gerade im Bereich der Werkzeugspitze steiler als für eine Zone im Bereich des Äquators verlaufen wird.
Auf dieser Grundlage kann beispielsweise durch eine weitere Funktion (mathematisch oder über Stützpunkte definiert) der Anstieg des Verschleißverhaltens der verschiedenen Zonen definiert werden, wenn man diese vom Äquator bis zur Werkzeugspitze durchläuft. Dann muss nur für eine Zone das Verschleißverhalten definiert werden. Das Verschleißverhalten sämtlicher anderen Zonen wird von dieser einen Zone abgeleitet, indem die Definition der Veränderung des Verschleißverhaltens von Zone zu Zone herangezogen wird.
Damit es nicht zu Kompensationssprüngen (Unstetigkeiten) kommt, wenn der Berührpunkt von einer Zone in eine benachbarte Zone wandert, insbesondere wenn in einer Zone die Bearbeitungszeit bereits relativ lang war und in der benachbarten Zone noch relativ kurz, können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sanfte Übergänge zwischen den Zonen geschaffen werden.
Das kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Bearbeitungszeit einer einzelnen Zone nur dann voll (zu 100%) zugerechnet wird, wenn der Berührpunkt genau in der Mitte dieser Zone liegt. Wenn der Berührpunkt während der Bearbeitung in die Nähe einer benachbarten Zone wandert, kann die Bearbeitungszeit zwischen zwei Zonen aufgeteilt werden. Wenn der Berührpunkt genau auf der Grenze zwischen zwei Zonen liegt, wird jeder der beiden Zonen jeweils 50% der Bearbeitungszeit zugeordnet. Je mehr der Berührpunkt sich dem Zentrum einer Zone nähert, desto größer wird der Anteil an der Bearbeitungszeit, der dieser Zone zugeordnet wird. Die Zuordnung der Zeiten zu den Zonen kann dabei einer einfachen linearen Funktion oder aber auch einem komplexeren Modell folgen.
Ähnlich wird für die eigentliche Kompensation nicht nur der sich auf Grund der Eingriffszeit in einer Zone ergebende Verschleißwert herangezogen. Das ist nur der Fall, wenn sich der Berührpunkt genau in der Mitte einer Zone befindet. Je mehr sich der Berührpunkt einer benachbarten Zone nähert, desto mehr wird der sich für diese benachbarte Zone ergebende Verschleißwert mit berücksichtigt. Wenn sich der Berührpunkt auf der Grenze zwischen zwei benachbarten Zonen befindet, werden die sich ergebenden Verschleißwerte der beiden Zonen zu je 50% berücksichtigt.
In welchem Maße die Verschleißwerte einer benachbarten Zone berücksichtigt werden, wenn der Berührpunkt aus der Mitte einer Zone auf die benachbarte Zone zuwandert, kann ebenfalls definiert werden, im einfachsten Fall erfolgt die zunehmende Berücksichtigung der benachbarten Zone einer linearen Funktion. Es könne aber auch andere Verläufe für die Gewichtung der Nachbarzone, abhängig von der Lage des Berührpunkts innerhalb einer Zone, gewählt werden.
Die Kompensationsberechnung kann online während der Bearbeitung in der Steuerung durchgeführt werden. Da alle Bedingungen aber bereits vor der Bearbeitung bekannt sind, kann die Kompensation auch offline, d. h. vorab vor der Bearbeitung durchgeführt werden und das Bearbeitungsprogramm um die sich ergebenden Kompensationswerte korrigiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Werkstücks und eines Schleifwerkzeugs während des Bearbeitungsvorgangs,
2 eine schematische Darstellung von Bewegungsbahnen, längs derer eine Oberflächenbearbeitung erfolgt,
3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs,
4 eine schematische Darstellung zur Definition der Berührpunkte,
5 eine vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs, analog 3, zur Darstellung der erfindungsgemäßen Zonen,
6 Diagramme mit Darstellung des Verschleißverhaltens,
7 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs des Verschleißverhaltens und der Zonen, und
8 eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs analog der Darstellung der 5.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Schleifwerkzeug 2 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 1, wobei eine konkave Form mit einem an seinem Arbeitsbereich 3 halbkugelförmig ausgebildeten Werkzeugs 2 erfolgt. Wie sich auch aus dem Zusammenhang mit 4 ergibt, ergibt sich bei der Bearbeitung ein Berührpunkt oder Eingriffspunkt B zwischen dem Werkstück 1 und dem Werkzeug 2.
Die 2 zeigt in schematischer Weise die Bewegung des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs 2 längs zeilenförmiger, zueinander paralleler, mäanderförmiger Bahnen 8. Der Abstand der Bahnen 8 wird in 2 vergrößert dargestellt. Durch die gezeigte Bewegung des Schleifwerkzeugs 2 erfolgt eine hochpräzise Oberflächenbearbeitung des Werkstücks 1. Das Schleifwerkzeug 2 weist einen halbkugelförmigen Arbeitsbereich 3 auf, so wie dies auch in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist.
Die 3 zeigt in schematischer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug 2 sowie dessen Rotationsachse 6. Das Schleifwerkzeug 2 ist zylindrisch ausgebildet und weist einen halbkugelförmigen Arbeitsbereich 3 auf, der mit Schleifpartikeln belegt ist und das apikale Ende (Werkzeugspitze) 4 aufweist.
Die 4 zeigt als 2D-Ansicht zwei Positionen für ein an seinem Arbeitsbereich 3 halbkugelförmiges Schleifwerkzeug 2 während der Bearbeitung, das jeweils im Punkt B einen Berührpunkt mit der Oberfläche 9 des Werkstückes 1 hat. Schematisch ist der Normalenvektor 7 für den Berührpunkt B, der senkrecht auf der Oberfläche 9 des Werkstückes 1 steht, dargestellt. Man erkennt, dass sich die Position des sich an der Oberfläche des Schleifwerkzeuges 2 ergebenden Berührpunktes B für verschiedene Positionen des Schleifwerkzeuges 2 ändert. Wenn das Schleifwerkzeug 2 auf der rechten Seite der konvexen Werkstückoberfläche 9 steht, befindet sich der Berührpunkt B näher an der Werkzeugspitze (apikales Ende 4). Wenn das Schleifwerkzeug 2 mehr auf der linken, steileren Seite der konvexen Werkstückoberfläche 9 steht, befindet sich der Berührpunkt B mehr an der Seite des Schleifwerkzeuges 2.
Die 5 zeigt eine vergrößerte 2D-Darstellung eines an seinem Arbeitsbereich 3 kugelförmigen Schleifwerkzeugs 2, dessen Oberfläche in Zonen 5 unterteilt ist. Horizontale Linien unterteilen die einzelnen Zonen, die somit senkrecht zu einer Rotationsachse 6 angeordnet sind. In diesem Fall sind alle Zonen 5 gleich breit gewählt. Durch die 2D-Ansicht wirken diese auf Grund der Krümmung zur Werkzeugspitze (apikales Ende 4) hin schmaler. Das ist nur durch die Ansicht bedingt. Man erkennt auch, dass die einzelnen Zonen 5 zur Werkzeugspitze 4 hin in Rotationsrichtung erheblich kürzer sind, als die Zonen 5 im Bereich des Äquators des Schleifwerkzeugs 2. In der Praxis wird man die Zonen 5 viel schmaler wählen. Die relativ große Breite der Zonen 5 ist nur für die anschaulichere Darstellung gewählt worden
Die 6 zeigt beispielhaft das Verschleißverhalten einer Zone 5. Längs der Abszisse verlauft die Zeit t. Die Ordinate gibt den Verschleißwert V an. Im oberen Graphen steigt der Verschleißwert V über die Zeit t linear an. Nach einer Eingriffszeit T der Zone ergibt sich der Verschleißwert V_T. Im unteren Graphen steigt der Verschleiß mit der Zeit exponentiell an. Nach einer Eingriffszeit T ergibt sich ebenfalls ein Verschleißwert V_T. V_T ist der Verschleißwert, d. h. das Maß, um den das Schleifwerkzeug 2 nach einer Eingriffszeit T für die betrachtete Zone 5 in Richtung Werkzeugoberfläche zugestellt werden muss, um den Verschleiß zu korrigieren.
Die 7 zeigt beispielhaft den Zusammenhang des Verschleißverhaltens zwischen den einzelnen Zonen 5 auf einem Schleifwerkzeug 2. Längs der Abszisse sind die Zonen von der Werkzeugspitze 4 (links) bis zum Äquator (rechts) aufgetragen. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass das Verschleißverhalten der einzelnen Zonen 5 einer Geraden entspricht, wie in 6 oben dargestellt. Dann gibt die Ordinate die Steigung S der das Verschleißverhalten für jede einzelne Zone 5 beschreibenden Geraden an. Man erkennt, dass den Zonen in der Nähe des Äquators ein deutlich langsameres Verschleißverhalten als den Zonen 5 im Bereich der Werkzeugspitze 4 zugeordnet ist. In erster Näherung wurde ein zur Länge der einzelnen Zonen 5 in Rotationsrichtung proportionales Verschleißverhalten angenommen. Das führt zu einem Cosinus-ähnlichem Zusammenhang des Verschleißverhaltens zwischen den einzelnen Zonen 5.
Die 8 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des Schleifwerkzeugs 2. Beispielhaft, übertrieben groß gezeichnet, sind Ausschnitte von zwei Zonen N und N + 1 dargestellt. Die Mitte der Zonen wird durch zwei gestrichelte Linien M_N und M_N+1 markiert. Die Grenzen der Zonen sind durch durchgezogene Linien markiert. Weiterhin ist ein Berührpunkt B eingezeichnet, in dem das Schleifwerkzeug 2 gerade die Werkstückoberfläche 9 berührt. Der Eingriffspunkt B liegt auf der gepunkteten Linie des rotierenden Schleifwerkzeugs 2. Man erkennt, dass B innerhalb der Zone N liegt, allerdings relativ nahe an der Grenze zu Zone N + 1. Wenn der Berührpunkt B im Laufe der Bearbeitung weiter am Schleifwerkzeug 2 nach oben in Richtung Äquator wandert, erreicht dieser irgendwann Zone N + 1. Wenn die Verschleißwerte von Zone N und Zone N + 1 sehr unterschiedlich sind, könnte es zu einer Unstetigkeit bei der Zustellung zur Kompensation des Verschleißes in den einzelnen Zonen 5 kommen, da plötzlich die Verschleißwerte der Zone N + 1 statt der Zone N für die Kompensation herangezogen werden.
Daher kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Zeit, die der Berührpunkt B zur Ermittlung des Verschleißwertes einer Zone 5 zugeordnet wird, gewichtet werden.
Da die Position des Berührpunktes B auf dem Schleifwerkzeug 2 sich in den meisten Fällen während der Bearbeitung kontinuierlich ändern wird, ist es sinnvoll, für die Gewichtung die Bearbeitung in eine Folge von vielen kleinen Zeitintervallen zu diskretisieren und für jedes Zeitintervall die Position von B auf dem Schleifwerkzeug 2 einzeln zu bestimmen.
Bei einer einfachen linearen Gewichtung könnte für die dargestellte Position des Berührpunktes B die Verschleißzeit für ein Zeitintervall dann wie folgt auf die Zonen N und N + 1 aufgeteilt werden: Verschleißzeit N = (Zeitintervall für B)·(Abstand B zu M_N+1)/(Abstand M_N zu M_N+1) Verschleißzeit N + 1 = (Zeitintervall für B)·(Abstand B zu M_N)/(Abstand M_N zu M_N+1)
Je mehr sich der Berührpunkt B der Mittellinie M_N annähert, desto stärker wird die Verschleißzeit der Zone N zugeordnet. Wenn der Berührpunkt B die Grenze zwischen den Zonen N und N + 1 erreicht, sind die Abstände B zu M_N und B zu M_N+1 gleich groß und in der Folge wird das Zeitintervall dann hälftig auf die Zonen N und N + 1 aufgeteilt, was auch gewünscht ist.
Es werden für die Berechnung der Erhöhung der Verschleißzeit der Zonen 5 immer jeweils die beiden Zonen N und N + 1 herangezogen, deren Mittellinien B am nächsten sind. Auf diese Weise wird für sämtliche Zeitintervalle einer Bearbeitung die Verschleißzeit für alle Zonen 5 fortlaufend aufaddiert und so ermittelt. Aus der Verschleißzeit kann wie zuvor beschrieben für jede Zone 5 mit Hilfe des hinterlegten Verschleißverhaltens der Verschleißwert jeder Zone 5 bestimmt werden.
Statt einer linearen Gewichtung sind natürlich auch beliebige andere Formen, z. B. eine quadratische Gewichtung möglich.
Bei der Berechnung der eigentlichen Kompensation für das Schleifwerkzeug 2 aus den Verschleißwerten kann dann analog vorgegangen werden. Auch hier ist eine lineare Gewichtung möglich, die dann zu folgender Formel führt: Kompensationswert für B = V_N·(Abstand B zu M_N+1)/(Abstand M_N zu M_N+1) + V_N+1·(Abstand B zu M_N)/(Abstand M_N zu M_N+1) wobei V_N der aktuelle Verschleißwert von Zone N ist und V_N+1 der aktuelle Verschleißwert von Zone N + 1
Der Kompensationswert für B ist dann der Weg, um den das Schleifwerkzeug 2 entlang des Normalenvektors 7 in Richtung der Werkstückoberfläche 9 zugestellt werden muss, um den Verschleiß zu kompensieren.
Man erkennt leicht, dass durch die Formel eine lineare anteilige Gewichtung der beiden Zonen erreicht wird, je nachdem wo sich der Berührpunkt B gerade befindet. Wenn er sich genau auf der Grenze zwischen beiden Zonen befindet, ist der Abstand B zu M_N gleich groß wie der Abstand B zu M_N+1 und in der Folge wird der Verschleißwert von jeder Zone zu 50% gewichtet.
Statt einer linearen Gewichtung sind natürlich auch beliebige andere Formen der Gewichtung der Zonen 5 für die Berechnung des Kompensationswertes möglich.
Dieses Vorgehen führt zu sehr sanften Übergängen, wenn der Berührpunkt B zwischen einzelnen Zonen 5 hin- und her wandert. Voraussetzung für ein gutes Funktionieren ist, dass die einzelnen Zonen 5 sehr schmal gewählt werden und dass der Verschleiß insgesamt relativ gering ist. Das führt zu einer relativ hohen Anzahl von Zonen 5, was mit moderner Rechnertechnik aber kein Problem mehr ist. Dann kann bei bekanntem Verschleißverhalten eines Schleifwerkzeuges 2 mit Punktkontakt dieses Verschleißverhalten relativ gut abgebildet und damit kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Schleifwerkzeug
3: Arbeitsbereich
4: apikales Ende/Werkzeugspitze
5: Zone
6: Rotationsachse
7: Normalenvektor
8: Bahn
9: Werkstückoberfläche
B: Berührpunkt/Eingriffspunkt

Claims

Verfahren zur automatischen Verschleißkorrektur bei der Bearbeitung eines Werkstücks (1) mittels eines rotierenden Schleifwerkzeugs 2 in einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine, – wobei ein Arbeitsbereich (3) des Schleifwerkzeugs (2), ausgehend von einem apikalen Ende (4) des Schleifwerkzeugs (2), in mehrere ringartige Zonen (5) unterteilt wird, welche durch zur Rotationsachse (6) senkrechte Ebenen begrenzt sind, – wobei mittels eines Bearbeitungsprogramms Berührpunkte (B) des Schleifwerkzeugs (2), die sich während der Bearbeitung mit dem Werkstück (1) ergeben, ermittelt werden, – wobei die Berührpunkte (B) den Zonen (5) zugeteilt werden, – wobei die sich für die jeweiligen Zonen ergebende Eingriffszeit ermittelt wird, – wobei ein Verschleißverhalten des Schleifwerkzeugs (2) für die jeweiligen Zonen (5) vorab ermittelt wird, – wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Eingriffszeit der Zonen ein Verschleißwert des Schleifwerkzeugs (2) mit Hilfe des vorab ermittelten Verschleißverhaltens ermittelt wird, und – wobei auf der Basis des Verschleißwerts zur Kompensierung einer maßlichen Veränderung des Schleifwerkzeugs (2) ein Korrekturwert der CNC-Steuerung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührpunkte (B) über Normalenvektoren (7) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensierung durch Zustellung des Schleifwerkzeugs (2) erfolgt
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne benachbarte Zonen (5) zusammengefasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Verschleißverhaltens über die Länge des Arbeitsbereichs der einzelnen Zonen (5) des Schleifwerkzeugs (2) in Umfangsrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sanfte Übergänge zwischen den Zonen (5) durch abgestufte Kompensierung gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffszeit einer Zone (5) zugeteilt wird, wenn der Berührpunkt (5) in der Mitte (M) der Zone (5) liegt und auf mehrere benachbarte Zonen (5) aufgeteilt wird, wenn der Berührpunkt (B) im Randbereich einer Zone (5) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren online während der Bearbeitung oder vor der Bearbeitung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffszeit abhängig von der Geometrie des Schleifwerkzeugs (2) und des Werkstücks (1) gewichtet wird.