DE102015209917A1 - Verfahren und Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung gleicher Werkstücke in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen - Google Patents

Verfahren und Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung gleicher Werkstücke in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen Download PDF

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Yiwen Xu
Herman Yakaria
Tobias Kösler
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung gleicher Werkstücke (10) in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen, insbesondere durch Wälzfräsen und/oder Wälzschleifen, auf einer spanenden Werkzeugmaschine, wozu die zu bearbeitenden Werkstücke (10) in zeitlicher Abfolge in eine Werkstückaufnahme der Werkzeugmaschine eingespannt und durch wenigstens ein drehangetriebenes Werkzeug (20) bearbeitet werden. Es ist vorgesehen, dass während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses die am Werkzeug (20) und Werkstück (10) auftretende Prozessbelastung ermittelt wird, indem die Antriebsleistung (P) eines das Werkzeug (20) antreibenden Werkzeugantriebs (30) erfasst und unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse ausgewertet wird, wobei die Korrekturfunktion anhand des jeweils vorausgehenden Bearbeitungsprozesses und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses angepasst wird. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Werkzeugmaschine, wie insbesondere eine Wälzfräs- oder Wälzschleifmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung gleicher Werkstücke in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen, insbesondere durch Wälzfräsen und/oder Wälzschleifen, auf einer spanenden Werkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine spanende Werkzeugmaschine, wie insbesondere eine Verzahnungsmaschine.
  • Zum Stand der Technik wird stellvertretend auf die Patentschriften DE 10 2010 023 728 A1 , DE 20 2014 104 881 U1 , EP 2 732 895 A1 und DE 10 2011 108 972 A1 hingewiesen.
  • Sowohl beim Fräsen als auch beim Schleifen kann eine Überwachung und/oder Regelung des spanenden Bearbeitungsprozesses vorgesehen sein. Hierzu kann bspw. die Antriebsleistung des Werkzeugantriebs der Werkzeugmaschine erfasst werden, wobei die erfasste Antriebsleistung mit der Prozessbelastung, d. h. mit den mechanischen und thermischen Belastungen am Werkzeug und Werkstück, korreliert und daher ein Maß für die Prozessbelastung ist. Allerdings wird der spanende bzw. zerspanende Bearbeitungsprozess durch äußere Störungen, wie z. B. der Kühlschmierstoffzufuhr an der Bearbeitungsstelle, stark beeinflusst. Die erfasste Antriebsleistung muss daher so ausgewertet werden, dass äußere Störeinflüsse berücksichtigt und eliminiert werden, um die tatsächliche Prozessbelastung zu bestimmen. Die Prozessbelastung wird hierdurch also indirekt ermittelt.
  • Dies kann bspw. durch ein sogenanntes Anlernen erfolgen. Beim Anlernen wird vor jedem Bearbeitungsprozess bzw. Bearbeitungsdurchgang ein Leerlaufprozess gefahren. Hierbei wird die Antriebsleistung in Abhängigkeit eines Vorschubwegs des Werkzeugs oder in Abhängig von der Bearbeitungszeit erfasst und abgespeichert. Beim nachfolgenden Bearbeitungsprozess dient die zuvor erfasste Leerlauf-Antriebsleistung bzw. deren Verlauf als Korrekturwert, der von der dann erfassten Antriebsleistung abgezogen wird, um die Prozessbelastung, d. h. die Fräs- oder Schleifleistung zwischen Werkzeug und Werkstück, zu ermitteln. Diese Vorgehensweise ist für eine Serienproduktion und insbesondere für eine Großserienproduktion jedoch ungeeignet.
  • Die Erfindung soll Möglichkeiten aufzeigen, wie das Fräsen oder Schleifen, insbesondere das Wälzfräsen oder Wälzschleifen, gleicher Werkstücke in Serie optimiert werden kann.
  • Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und mit einer Werkzeugmaschine entsprechend dem nebengeordneten Patentanspruch. Vorteilhafte Weiterbildung und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur sich wiederholenden spanenden Bearbeitung gleicher Werkstücke in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen auf einer spanenden Werkzeugmaschine werden die zu bearbeitenden Werkstücke nacheinander, d. h. in zeitlicher Abfolge, in eine Werkstückaufnahme der Werkzeugmaschine eingespannt und durch wenigstens ein drehangetriebenes Werkzeug (Fräs- oder Schleifwerkzeug) bearbeitet, wobei jedes Werkstück in einem im Wesentlichen identischen spanenden Bearbeitungsprozess bearbeitet wird.
  • Die Erfindung sieht nun vor, dass während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses die am Werkzeug und Werkstück auftretende Prozessbelastung ermittelt wird, indem die Antriebsleistung eines das Werkzeug drehantreibenden Werkzeugantriebs erfasst und unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse ausgewertet wird, wobei die Korrekturfunktion anhand des jeweils vorausgehenden Bearbeitungsprozesses und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses angepasst wird, wobei diese individuelle bzw. spezifische Anpassung automatisch bzw. automatisiert bei jedem Bearbeitungsprozess, d. h. bei jedem Werkstück, erfolgt.
  • Unter einem Bearbeitungsprozess wird ein vollständiger Bearbeitungsdurchgang, während dem das eingespannte Werkstück durch das Werkzeug bzw. durch das Fräs- oder Schleifwerkzeug im vorgesehenen Bearbeitungsumfang bearbeitet wird, verstanden.
  • Die Korrekturfunktion bildet mathematisch den Verlauf aller äußeren Störeinflüsse und insbesondere den Einfluss der Kühlschmierstoffzufuhr über dem Vorschubweg des Werkzeugs oder der Bearbeitungszeit ab. Die Korrekturfunktion kann einmalig in einem der Serienfertigung vorausgehenden Leerlaufprozess ermittelt werden. Ein solcher Leerlaufprozess wird, insbesondere im Einrichtmodus der Werkzeugmaschine, ohne Werkstück oder ohne spanenden Bearbeitungseingriff ausgeführt.
  • Die Antriebsleistung des Werkzeugantriebs wird insbesondere durch Messen der mechanischen und/oder der elektrischen Antriebsleistung erfasst. Als gleichwertig kann das Messen der elektrischen Stromaufnahme, der elektrischen Spannung und/oder wenigstens einer sonstigen Messgröße angesehen werden, sofern diese in irgendeiner Weise als Maß für die Antriebsleistung des Werkzeugantriebs angesehen werden kann. Bei dem Werkzeugantrieb handelt es sich typischerweise um einen Werkzeugspindelantrieb, weswegen die Antriebsleistung auch als Spindelantriebsleistung bezeichnet werden kann.
  • Das Werkzeug kann während des Bearbeitungsprozesses eine Vorschubbewegung relativ zum Werkstück ausführen. Die Anpassung der Korrekturfunktion für den aktuellen Bearbeitungsprozess erfolgt dann bevorzugt derart, dass hierfür die erfasste Antriebsleistung des Werkzeugantriebs in der Endvorschubposition beim vorausgehenden Bearbeitungsprozess und die Antriebsleistung des Werkzeugantriebs in der Anfangsvorschubposition beim aktuellen Bearbeitungsprozess verwendet wird. Die Korrekturfunktion für das aktuell zu bearbeitende Werkstück bzw. für den aktuellen Bearbeitungsprozess kann bspw. durch Verschiebung bzw. Offset und/oder Skalierung anhand dieser beiden Werte angepasst werden.
  • Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kommt ohne das oben beschriebene Anlernen aus, so dass die Werkstücke direkt nacheinander aufgespannt und bearbeitet werden können. Nebenzeiten werden somit verhindert, was vorteilig für die Ausbringungsmenge ist. Ferner werden fortlaufend alle Veränderungen äußerer Störeinflüsse im Serienproduktionsprozess erfasst und bei der Ermittlung bzw. Bestimmung der Prozessbelastung berücksichtigt. Dies gilt insbesondere auch für die Kühlschmierstoffzufuhr an der Bearbeitungsstelle, die erheblichen und zumeist auch veränderlichen Einfluss auf die erforderliche Antriebsleistung hat und daher bei der Bestimmung der tatsächlichen Prozessbelastung berücksichtigt werden muss, was erfindungsgemäß durch eine prozessindividuelle Anpassung der Korrekturfunktion erfolgt. Mit der Erfindung werden insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Wälzfräsen oder Wälzschleifen verbessert. Die Erfindung eignet sich bestens für die Serien- und insbesondere Großserienherstellung identischer Zahnräder.
  • Die nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ermittelte Prozessbelastung kann im Weiteren zur, insbesondere automatisierten, Überwachung des (zerspanenden) Bearbeitungsprozesses verwendet werden. Die Überwachung erfolgt im Wesentlichen in Echtzeit. Die Prozessbelastung hat Einfluss auf die Bauteilqualität (einschließlich Maßhaltigkeit) des herzustellenden Bauteils (vorzugsweise eines Zahnrads). Liegt bspw. die ermittelte Prozessbelastung innerhalb eines definierten Bereichs (Range), so kann davon ausgegangen werden, dass das aktuell hergestellte Bauteil eine vorgeschriebene Bauteilqualität aufweist. Die Ermittlung der Prozessbelastung kann somit der fortlaufenden Qualitätsüberwachung und auch der bauteilindividuellen Qualitätsdokumentation dienen. Die Überwachung des Bearbeitungsprozesses ermöglicht aber auch Rückschlüsse auf den Zustand (Verschleißzustand) des Werkzeugs.
  • Die nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ermittelte Prozessbelastung kann im Weiteren auch zur Regelung des aktuellen Bearbeitungsprozesses bzw. der aktuellen Werkstückbearbeitung verwendet werden. Weicht die im Wesentlichen in Echtzeit ermittelte Prozessbelastung von einem Sollwert ab oder liegt außerhalb eines definierten Bereichs (Range), so kann durch Verändern wenigstens einer Stellgröße korrigierend in den aktuellen Bearbeitungsprozess eingegriffen werden, indem z. B. die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs, die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs und/oder gegebenenfalls auch die Drehzahl bzw. -geschwindigkeit des Werkstücks und/oder, speziell beim Wälzfräsen oder Wälzschleifen, die Shiftposition des Werkzeugs (durch sogenanntes Shiften, d. h. tangentiales Verschieben relativ zum Werkstück) in einem Regelkreis verändert wird/werden.
  • Die nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ermittelte Prozessbelastung kann im Weiteren auch zur Beeinflussung des nachfolgenden Bearbeitungsprozesses verwendet werden, indem z. B. die Shiftposition des Werkzeugs verändert wird, was insbesondere automatisiert erfolgt, oder indem das Werkzeug ausgetauscht wird, was ebenso automatisiert erfolgen kann.
  • Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken durch Fräsen und/oder Schleifen, insbesondere durch Wälzfräsen und/oder Wälzschleifen, umfasst:
    • – wenigstens eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke;
    • – wenigstens eine Werkzeugaufnahme bzw. Werkzeugspindel zur Aufnahme wenigstens eines Fräs- oder Schleifwerkzeugs, insbesondere eines Wälzfräs- oder Wälzschleifwerkzeugs;
    • – wenigstens einen Werkzeugantrieb (Werkzeugdrehantrieb) bzw. Werkzeugspindelantrieb für den Drehantrieb der Werkzeugaufnahme bzw. Werkzeugspindel und des darin aufgenommenen Fräs- oder Schleifwerkzeugs;
    • – wenigstens eine Messeinrichtung, wie bspw. einen Messsensor, zur direkten oder indirekten Messung der Antriebsleistung des Werkzeugantriebs bzw. Werkzeugspindelantriebs; und
    • – eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, automatisiert bzw. automatisch während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses die am Werkzeug und Werkstück auftretende Prozessbelastung zu ermitteln, indem die erfasste, d. h. mit der Messeinrichtung gemessene, Antriebsleistung bzw. Spindelantriebsleistung unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse ausgewertet wird, wobei die Korrekturfunktion anhand des jeweils vorausgehenden Bearbeitungsprozesses und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses angepasst wird.
  • Aufgrund ihrer Merkmale ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. für eine verfahrensentsprechende Verwendung geeignet.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung ferner zur Regelung des aktuellen Bearbeitungsprozesses, wie obenstehend erläutert, ausgebildet ist und hierzu auch mit der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine verbunden ist, um eine entsprechende Steuerung der Werkzeugmaschine bewerkstelligen zu können.
  • Bei der Auswerteeinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Computer oder dergleichen, der mit zweckentsprechenden Softwareprogrammen ausgestattet sein kann. Bezüglich der Werkzeugmaschine kann der Computer intern oder auch extern angeordnet sein. Hierbei kann es sich auch um einen nachträglich installierten Computer handeln, mit dem z. B. eine bereits vorhandene Werkzeugmaschine nachgerüstet wurde. Die Erfindung ist also sowohl für Neumaschinen als auch für Bestands- oder Gebrauchtmaschinen geeignet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Verfahren zur Bearbeitung gleicher Werkstücke in Serie durch Wälzfräsen und/oder Wälzschleifen auf einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Wälzfräs- oder Wälzschleifmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dabei insbesondere der spanenden Erzeugung und/oder Bearbeitung einer Verzahnung bei der Serienherstellung von Zahnrädern (Verzahnungsherstellung). Ein Wälzfräsen bzw. Wälzschleifen wird bevorzugt mit einem schneckförmigen Wälzfräser bzw. -schleifer ausgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine handelt es sich bevorzugt um eine Wälzfräs- oder Wälzschleifmaschine und insbesondere um eine (spanende) Verzahnungsmaschine. Die vorausgehenden Erläuterungen gelten jeweils analog.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft für das Wälzschleifen von Zahnrädern mit Bezug auf die Figuren in der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden.
  • 1 veranschaulicht in einer perspektivischen Darstellung einen Wälzschleifprozess zur Fertigung eines Zahnrads.
  • 2 zeigt den Wälzschleifprozess aus 1 in einer anderen Darstellung, wobei auch die Kühlschmierstoffzufuhr an der Bearbeitungsstelle dargestellt ist.
  • 3 veranschaulicht in einem Diagramm die Ermittlung der Prozessbelastung bei dem in 1 und 2 gezeigten Wälzschleifprozess.
  • 4 veranschaulicht in einem Diagramm die Anpassung der Korrekturfunktion zur Ermittlung der Prozessbelastung.
  • Das Wälzfräsen und das Wälzschleifen sind gebräuchliche Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Zahnrädern. Das Wälzfräsen oder Wälzschleifen erfolgt auf einer spanenden Werkzeugmaschine (Wälzfräs- und/oder Wälzschleifmaschine), die wenigstens eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke und wenigstens eine Werkzeugaufnahme bzw. Werkzeugspindel zur Aufnahme eines schneckenförmigen Wälzfräs- oder Wälzschleifwerkzeugs aufweist. Zum Wälzfräsen oder Wälzschleifen wird ein zu bearbeitendes Werkstück in die Werkstückaufnahme eingespannt und mit dem Fräs- bzw. Schleifwerkzeug bearbeitet. Hierbei werden das Werkstück und das Wälzfräs- bzw. Schleifwerkzeug gedreht, wobei es zwischen Werkstück und Werkzeug zu einem schneckengetriebeartigen Bearbeitungseingriff kommt. Zusätzlich zu seiner Drehung kann das Fräs- bzw. Schleifwerkzeug in einer axialen Richtung relativ zum Werkstück verfahren werden (sogenannter Vorschub), um am Werkstück die Zahnlücken zu erzeugen bzw. zu bearbeiten.
  • 1 zeigt einen solchen Wälzschleifprozess (kontinuierliches Wälzschleifen), bei dem das Werkstück 10, wobei es sich um ein herzustellendes Zahnrad mit einer zu fertigenden Verzahnung 11 handelt, durch ein als Schleifschnecke 20 ausgebildetes Schleifwerkzeug bearbeitet wird. Sowohl das Werkstück 10 als auch die Schleifschnecke 20 führen unterschiedliche jedoch aufeinander abgestimmte Dreh- bzw. Rotationsbewegungen U1 und U2 aus. Die Schleifschnecke 20 ist in einer nicht dargestellten Werkzeugspindel aufgenommen. Die Werkzeugspindel wird zusammen mit der darin aufgenommenen Schleifschnecke 20 von einem Werkzeugspindelantrieb 30 mit der Spindelantriebsleistung P drehangetrieben. Zusätzlich zu seiner Drehung U2 führt die Schleifschnecke 20 eine Vorschubbewegung V relativ zum Werkstück 10 aus (für den Vorschub V ist auch eine kinematische Umkehr möglich). Eine vollständige Vorschubbewegung von einer (oberen) Anfangsvorschubposition bis zu einer (unteren) Endvorschubposition wird als Bearbeitungsschnitt bezeichnet. Ein Bearbeitungsprozess bzw. Bearbeitungsdurchgang umfasst wenigstens einen Bearbeitungsschnitt. Mit dem Pfeil S ist eine mögliche Shiftbewegung der Schleifschnecke 20 veranschaulicht.
  • 2 zeigt denselben Wälzschleifprozess in einer axialen Draufsicht auf die Schleifschnecke 20. Dargestellt sind auch die Werkstückaufnahme bzw. der Werkstücktisch 40 und die Kühlschmierstoffzufuhr F an der Bearbeitungsstelle mittels wenigstens einer Düse 50.
  • Die in 1 und 2 dargestellten Komponenten sind, bis auf das Werkstück 10, Bestandteil einer Verzahnungsmaschine. Zu dieser Verzahnungsmaschine können ferner die nicht gezeigte Werkzeugspindel, eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Verzahnungsmaschine, wenigstens eine Messeinrichtung zur Messung der Spindelantriebsleistung P und eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Prozessbelastung, wie nachfolgend erläutert, gehören.
  • Die Erfindung sieht vor, dass während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses die an der Schleifschnecke 20 und am Werkstück 10 auftretende Prozessbelastung bzw. Schleifbelastung ermittelt wird, indem die Spindelantriebsleistung P des Werkzeugspindelantriebs 30 erfasst und unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse, wie bspw. der Kühlschmierstoffzufuhr F, ausgewertet wird. Die Korrekturfunktion wird für den aktuellen Bearbeitungsprozess anhand des jeweils vorausgehend abgeschlossenen Bearbeitungsprozesses und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses angepasst. Dies wird nachfolgend anhand 3 und 4 beispielhaft für einen einschnittigen Bearbeitungsprozess erläutert, wobei die Erläuterungen analog für einen mehrschnittigen Bearbeitungsprozess gelten.
  • 3 veranschaulicht schematisch den Verlauf P(V) der durch Messung erfassten Spindelantriebsleistung P [in Kilowatt] in Abhängigkeit des Vorschubwegs bzw. der Vorschubposition V [in Millimeter] während eines Bearbeitungsprozesses. Die Werteangaben sind nur beispielhaft. Anstatt der Spindelantriebsleistung P kann z. B. auch die elektrische Stromaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 30 gemessen werden. Die Spindelantriebsleistung P oder die elektrische Stromaufnahme kann auch in Abhängigkeit der Bearbeitungszeit erfasst bzw. gemessen werden.
  • Um aus der gemessenen Spindelantriebsleistung P bzw. deren Verlauf P(V) die Prozess- bzw. Schleifbelastung zwischen Werkzeug 20 und Werkstück 10 zu ermitteln, müssen die äußeren Störeinflüsse berücksichtigt und eliminiert werden. Dies erfolgt mithilfe einer zuvor ermittelten Korrekturfunktion K(V), die den Verlauf aller äußeren Störeinflüsse über dem Vorschubweg V der Schleifschnecke 20 oder alternativ der Bearbeitungszeit abbildet. Durch Subtraktion der Korrekturfunktion K(V) vom erfassten Leistungsverlauf P(V) des Werkzeugspindelantriebs 30 kann die Funktion bzw. der Verlauf R(V) der Prozess- bzw. Schleifbelastung R ermittelt bzw. berechnet werden. Selbiges gilt analog für Einzelwerte.
  • Die Erfindung sieht nun vor, dass die einmalig vor Beginn der Serienherstellung bzw. Serienfertigung im Leerlaufbetrieb ermittelte Korrekturfunktion K(V) zunächst mathematisch beschrieben wird (bspw. durch eine Polynomfunktion, Logarithmusfunktion oder Exponentialfunktion) und dann bei jedem Bearbeitungsprozess bzw. Bearbeitungsdurchgang angepasst wird. Für die Anpassung wird die in der Endvorschubposition des vorausgehenden Bearbeitungsprozesses n – 1 gemessene und abgespeicherte Spindelantriebsleistung PE, n – 1 und die in der Anfangsvorschubposition des aktuellen Bearbeitungsprozesses n gemessene und abgespeicherte Spindelantriebsleistung PA, n herangezogen, wobei die Korrekturfunktion K(V) so verschoben und/oder skaliert wird, bis diese schließlich zwischen den beiden Werten PA, n und PE, n – 1 verläuft. Dies ist in 4 veranschaulicht. Die Anpassung bzw. Adaption kann bspw. mithilfe einer Strahlensatzrechnung erfolgen, wobei die mathematische Beschreibung der Korrekturfunktion K(V) als solche unverändert bleibt.
  • Diese bevorzugte Möglichkeit der Kurvenanpassung für die Korrekturfunktion K(V) beruht auf der Feststellung, dass in der Anfangsposition bzw. Anfangsvorschubposition und in der Endposition bzw. Endvorschubposition der Vorschubbewegung V kein Material zerspant wird und somit die in diesen Vorschubpositionen gemessenen Spindelantriebsleistungen PA und PE mit denen im Leerlauf vergleichbar sind. Vor einem Bearbeitungsprozess bzw. Bearbeitungsdurchgang n muss also kein gesonderter Leerlaufprozess durchgeführt werden, um eine Korrekturfunktion K(V), n für diesen Bearbeitungsprozess n zu ermitteln. Es genügt die beschriebene Anpassung der einmalig vor Beginn der Serienfertigung im Leerlaufbetrieb ermittelten, abgespeicherten und mathematisch beschriebenen Korrekturfunktion K(V). In vorteilhafter Weise wird hierbei zwangsläufig auch immer die momentane Situation der Kühlschmier-stoffzufuhr F an der Bearbeitungsstelle berücksichtigt, die unter anderem aufgrund von Brems- und hydromechanischer Förderwirkung erheblichen Einfluss auf die aufzuwendende Spindelantriebsleistung P bzw. deren Verlauf P(V) hat, wobei sich die Kühlschmierstoffzufuhr F während einer Serienfertigung prozessbedingt verändern kann.
  • Bei der beschriebenen Anpassung der Korrekturfunktion K(V) steht bereits zum Anfang des aktuellen Bearbeitungsprozesses bzw. Bearbeitungsdurchgangs die für diesen Bearbeitungsprozess n relevante Korrekturfunktion K(V), n fest, so dass quasi in Echtzeit zu jedem Zeitpunkt des laufenden Bearbeitungsprozesses n aus der gemessenen Spindelantriebsleistung P die momentane Prozessbelastung bzw. Schleifbelastung R zwischen Schleifschnecke 20 und Werkstück 10 bestimmt bzw. berechnet werden kann, wie vorausgehend erläutert. Die ermittelte tatsächliche Prozessbelastung R bzw. deren Verlauf R(V) kann dann zur Überwachung und insbesondere zur Echtzeit-Überwachung und/oder zur Regelung des aktuellen Bearbeitungsprozesses n verwendet werden, wie obenstehend erläutert. Die Ermittelung und Anpassung der Korrekturfunktion K(V), sowie die Überwachung und/oder Regelung eines laufenden Bearbeitungsprozesses n wird mithilfe einer Auswerteeinrichtung bewerkstelligt, die bevorzugt mit der Steuereinrichtung der Verzahnungsmaschine verbunden ist.
  • Die vorausgehenden Erläuterungen gelten analog für das Wälzfräsen zur Fertigung von Zahnrädern. Die Erfindung ist aber auch für andere Werkstückarten und/oder für andere Fräs- oder Schleifverfahren, wie bspw. das Außenrundschleifen, geeignet.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Werkstück
    11
    Verzahnung
    20
    Werkzeug
    30
    Werkzeugantrieb
    40
    Werkstückaufnahme
    50
    Düse
    F
    Kühlschmierstoffzufuhr
    K(V)
    Korrekturfunktion
    P
    Antriebsleistung (Werkzeugantrieb)
    PA
    Antriebsleistung (Anfangsposition)
    PE
    Antriebsleistung (Endposition)
    P(V)
    Leistungsverlauf
    R
    Prozessbelastung
    R(V)
    Prozessbelastungsverlauf
    S
    Shift0
    U1
    Drehbewegung (Werkstück)
    U2
    Drehbewegung (Werkzeug)
    V
    Vorschub
    n
    aktueller Bearbeitungsprozess
    n – 1
    vorausgehender Bearbeitungsprozess
    n + 1
    nachfolgender Bearbeitungsprozess
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010023728 A1 [0002]
    • DE 202014104881 U1 [0002]
    • EP 2732895 A1 [0002]
    • DE 102011108972 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bearbeitung gleicher Werkstücke (10) in Serie durch Fräsen und/oder Schleifen auf einer spanenden Werkzeugmaschine, wozu die zu bearbeitenden Werkstücke (10) in zeitlicher Abfolge in eine Werkstückaufnahme (40) der Werkzeugmaschine eingespannt und durch wenigstens ein drehangetriebenes Werkzeug (20) bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) die am Werkzeug (20) und Werkstück (10) auftretende Prozessbelastung (R) ermittelt wird, indem die Antriebsleistung (P) eines das Werkzeug (20) antreibenden Werkzeugantriebs (30) erfasst und unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion (K(V)) zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse ausgewertet wird, wobei die Korrekturfunktion (K(V)) anhand des jeweils vorausgehenden Bearbeitungsprozesses (n – 1) und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) angepasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion (K(V)) einmalig in einem vorausgehenden Leerlaufbetrieb der Werkzeugmaschine ermittelt wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (20) während des Bearbeitungsprozesses eine Vorschubbewegung (V) ausführt, wobei die Antriebsleistung (PE, n – 1) des Werkzeugantriebs (30) in der Endvorschubposition des vorausgehenden Bearbeitungsprozesses (n – 1) und die Antriebsleistung (PA, n) des Werkzeugantriebs (30) in der Anfangsvorschubposition des aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) zur Anpassung der Korrekturfunktion (K(V)) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Prozessbelastung (R) im Weiteren zur Überwachung des aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Prozessbelastung (R) im Weiteren zur Regelung des aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung durch Verändern der Vorschubgeschwindigkeit und/oder der Drehzahl des Werkzeugs (20) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Prozessbelastung (R) im Weiteren zur Beeinflussung eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses (n + 1) verwendet wird.
  8. Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (10) durch Fräsen und/oder Schleifen, mit einer Werkstückaufnahme (40) zur Aufnahme der zu bearbeitenden Werkstücke (10), einer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Fräs- oder Schleifwerkzeugs (20) und einem Werkzeugantrieb (30), gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zur Messung der Antriebsleistung (P) des Werkzeugantriebs (30) und durch eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, automatisch während eines aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) die am Werkzeug (20) und Werkstück (10) auftretende Prozessbelastung (R) zu ermitteln, indem die gemessene Antriebsleistung (P) unter Berücksichtigung einer Korrekturfunktion (K(V)) zur Eliminierung äußerer Störeinflüsse ausgewertet wird, wobei die Korrekturfunktion (K(V)) anhand des jeweils vorausgehenden Bearbeitungsprozesses (n – 1) und des beginnenden aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) angepasst wird.
  9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung ferner zur Regelung des aktuellen Bearbeitungsprozesses (n) ausgebildet und hierzu auch mit einer Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine verbunden ist.
  10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auswerteeinrichtung um einen nachträglich installierten Computer handelt.
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