DE102021209658A1 - Verfahren und Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang unterworfen wird (10), wobei während des Bearbeitungsvorgangs mindestens ein Ist-Wert einer geometrischen Eigenschaft eines bereits bearbeiteten Bereichs des Werkstücks erfasst wird (11) und einem Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert der geometrischen Eigenschaft unterworfen wird (12). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der Bearbeitungsvorgang dahingehend beeinflusst wird, dass der mindestens eine Ist-Wert dem mindestens einen Soll-Wert während des weiteren Bearbeitungsvorgangs an einem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks nachgeführt wird (15). Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug.
• Im Stand der Technik ist es bekannt, nach oder bereits während der spanenden Herstellung von Werkstücken die geometrischen Eigenschaften der Werkstücke zu erfassen und mit Soll-Eigenschaften zu vergleichen. Bei Abweichungen der erfassten Ist-Eigenschaften von den Soll-Eigenschaften können die Werkstücke dann aussortiert werden oder nachbearbeitet werden, je nach Maßgabe der Abweichung. Sofern die Anzahl der auszusortierenden oder nachzubearbeitenden Werkstücke eine bestimmte Schwelle überschreitet, kann dies zudem als Hinweis darauf verstanden werden, dass die Betriebsparameter des Herstellungswerkzeug kalibriert werden müssen.
• In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 2 128 200 A1 eine Einrichtung zur Kontrolle des Durchmessers von Werkstücken bei einer spanenden Bearbeitung. Die Einrichtung umfasst eine Rechenlehre, an welcher Geber befestigt sind, die auf eine vorgegebene Abmessung eingestellt sind, eine Folgeregelung der Änderung des Werkstückdurchmessers verwirklichen und über einen Stellstromkreis mit der Vorrichtung für den Quervorschub des Schneidwerkzeugs zur Steuerung der Vorschubgröße verbunden sind.
• Die bekannten spanenden Herstellungsverfahren sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass eine schleichende und zunehmende Abweichung der Ist-Eigenschaften der Werkstücke von den Soll-Eigenschaften erst dann korrigiert wird, wenn bereits eine Vielzahl an auszusortierenden oder nachzubearbeitenden Werkstücken beobachtet worden ist.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks vorzuschlagen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang unterworfen wird, wobei während des Bearbeitungsvorgangs mindestens ein Ist-Wert einer geometrischen Eigenschaft eines bereits bearbeiteten Bereichs des Werkstücks erfasst wird und einem Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert der geometrischen Eigenschaft unterworfen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der Bearbeitungsvorgang dahingehend beeinflusst wird, dass der mindestens eine Ist-Wert dem mindestens einen Soll-Wert während des weiteren Bearbeitungsvorgangs an einem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks nachgeführt wird.
• Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren, demgemäß ein Werkstück mittels eines spanend arbeitenden Bearbeitungswerkzeugs hergestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren muss dabei nicht zwangsläufig die vollständige Herstellung des Werkstücks umfassen, jedoch zumindest einen spanenden Bearbeitungsschritt während der Herstellung. Insofern ist entsprechend im Sinne der Erfindung unter dem begriff Herstellung auch nicht zwingend die vollständige Herstellung des Werkstücks sondern zumindest ein spanender Bearbeitungsschritt während der Herstellung zu verstehen.
• Das Bearbeitungswerkzeug kann beispielsweise ein Fräs- oder Schleifwerkzeug sein.
• Während des Bearbeitungsvorgangs, d.h. also, während gerade noch eine spanende Bearbeitung des Werkstücks erfolgt, wird bereits an einem fertig bearbeiteten Bereich des Werkstücks, der beispielsweise bereits gefräst oder geschliffen wurde, mindestens ein Ist-Wert einer geometrischen Eigenschaft erfasst, während ein anderer Bereich des Werkstücks noch bearbeitet wird.
• Der Ist-Wert der geometrischen Eigenschaft wird dann mit einem Soll-Wert für dieselbe geometrische Eigenschaft verglichen.
• Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der weitere Bearbeitungsvorgang beeinflusst werden kann. Sofern der Ist-Wert - beispielsweise im Rahmen einer vorgebbaren Toleranzschwelle - dem Soll-Wert entspricht, ist keine Beeinflussung des weiteren Bearbeitungsvorgangs erforderlich, da der Ist-Wert der mindestens einen geometrischen Eigenschaft des Werkstücks der Sollvorgabe entspricht.
• Sofern jedoch der Vergleich ergibt, dass der mindestens eine Ist-Wert um beispielsweise mehr als die vorgebbare Toleranzschwelle vom Soll-Wert abweicht, so wird vorteilhaft ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, welches das Bearbeitungswerkzeug dahingehend steuert bzw. beeinflusst, dass die weitere Bearbeitung an dem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks derart erfolgt, dass der Ist-Wert, welcher im weiteren Bearbeitungsvorgang oder nach Abschluss des Bearbeitungsvorgang am zuvor noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks erfasst wird, dem Soll-Wert entspricht.
• Dadurch wird also der mindestens eine Ist-Wert dem mindestens einen Soll-Wert während des weiteren Bearbeitungsvorgangs an dem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks nachgeführt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass aus dem Vergleich ein Korrekturwert erzeugt wird, mit welchem ein den Bearbeitungsvorgang durchführendes Werkzeug beaufschlagt wird. Der Korrekturwert entspricht dabei dem Maß der Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert und wird als Steuersignal an das Bearbeitungswerkzeug ausgegeben, so dass das Bearbeitungswerkzeug die weitere Bearbeitung am noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks derart ausführt, dass der Ist-Wert um weniger als ein vorgebbare Toleranzschwelle vom Soll-Wert abweicht.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Ist-Wert mittels eines Tastfühlers erfasst wird. Ein Tastfühler ist ein mechanisch erfassender Sensor, der entlang der Oberfläche des Werkstücks geführt werden kann. Alternativ kann auch das Werkstück entlang einer Messspitze des Tastfühlers verfahren werden. Die Messpitze des Tastfühlers wird dabei durch einen leichten Druck, welchen der Tastfühler auf die Messspitze ausübt, stets an die Oberfläche des Werkstücks angelegt. Je weiter die Messspitze aus dem Tastfühler herausragt, desto geringer ist beispielsweise ein Durchmesser oder eine Breite des Werkstücks an der entsprechenden Messstelle. Umgekehrt ist beispielsweise der Durchmesser oder die Breite des Werkstücks umso größer, je weiter die Messspitze in den Tastfühler gedrängt wird.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Ist-Wert mittels eines optischen Fühlers erfasst wird. Der optische Fühler kann beispielsweise als laserbasierter Entfernungssensor ausgebildet sein, der eine Laufzeit eines Lichtpulses erfasst oder die Entfernung interferometrisch erfasst.
• Besonders bevorzugt kann der mindestens eine Ist-Wert auch sowohl mittels eines oder mehrerer Tastfühler als auch eines oder mehrerer optischer Fühler erfasst werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Ist-Wert der geometrischen Eigenschaft ein Ist-Wert einer Breite, eines Durchmessers und/oder einer Krümmung ist. Diese Eigenschaften sind oftmals von ausschlaggebender Bedeutung für die weitere Verwendbarkeit des Werkstücks.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die geometrische Eigenschaft als mathematische Formel beschrieben wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch bei vergleichsweise geometrisch komplexen Formen, welche die jeweilige geometrische Eigenschaft darstellen, auf einfache Art und Weise ein Korrekturwert erzeugt werden kann, welcher im Lauf der weiteren Bearbeitung des Werkstücks den Ist-Wert wieder dem Soll-Wert nachführt.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mathematische Formel die Form $$\text{y}={\text{C}}_1{\text{x}}^2+{\text{C}}_2{\text{x}}^2+{\text{C}}_3{\text{x}}^2\dots {\text{C}}_{\text{n}}{\text{x}}^2$$

  

  aufweist. Die Konstanten C₁, C₂, C₃ bis C_n prägen dabei den x-abhängigen, d.h. den positionsabhängigen Sollwert der geometrischen Eigenschaft. Abweichungen des Ist-Werts vom Soll-Wert sind dementsprechend durch Abweichungen einer oder mehrerer der gemessenen Konstanten von den Soll-Werten der Konstanten erkennbar. Ein aufgrund der Abweichung erzeugter Korrekturwert spiegelt dann beispielsweise die Differenz zwischen dem Soll-Wert für C₁ und dem erfassten Ist-Wert für C₁.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mathematische Formel die Form $$\text{y}=\text{a}+\text{bx}+{\text{cx}}^2+{\text{dx}}^3$$

  

  aufweist. In diesem Fall prägen die Konstanten a, b, c und d den x-abhängigen, d.h. den positionsabhängigen Sollwert der geometrischen Eigenschaft. Abweichungen des Ist-Werts vom Soll-Wert sind in diesem Fall entsprechend durch Abweichungen einer oder mehrerer der gemessenen Konstanten von den Soll-Werten der Konstanten erkennbar.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Bearbeitungswerkzeug dazu ausgebildet ist, das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang zu unterwerfen. Der erfindungsgemäße Bearbeitungswerkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass das Bearbeitungswerkzeug dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
• Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße Bearbeitungswerkzeug.
• Das Bearbeitungswerkzeug umfasst alle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Mittel, insbesondere ein Zustellmodul, welches das Werkzeug an das Werkstück zustellt, mindestens einen Tastfühler bzw. mindestens einen optischen Fühler zum Erfassen mindestens eines Ist-Werts einer geometrischen Eigenschaft des Werkstücks sowie eine elektronische Steuereinheit, welche den erfassten Ist-Wert mit einem zugeordneten Soll-Wert vergleicht und nach Maßgabe des Vergleichs einen Korrekturwert an das Zustellmodul ausgibt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bearbeitungswerkzeug als Fräswerkzeug oder als Schleifwerkzeug ausgebildet ist.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
• Es zeigen:
• 1 beispielhaft und schematisch eine Breite b eines Werkstücks und,
• 2 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks in Form eines Flussdiagramms.
• Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
• 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Breite b eines Werkstücks, das in 1 nicht näher dargestellt ist. Die Breite b stellt dabei eine geometrische Eigenschaft des Werkstücks dar, wobei für die Breite b als geometrischer Eigenschaft ein Soll-Wert b_soll vorgegeben ist. Während der Bearbeitung des Werkstücks wird gleichzeitig ein Ist-Wert der Breite bist erfasst und mit dem Soll-Wert b_Soll verglichen. Dabei zeigt sich, dass die Abweichung des Ist-Werts bist vom Soll-Wert b_Soll größer ist als eine vorgegebene Toleranzschwelle, was zur Folge hat, dass das Werkstück einer Nachbearbeitung unterworfen werden muss. Um die Nachbearbeitung so unaufwändig wie möglich zu halten, wird nun ein Korrekturwert ausgegeben, der durch die Abweichung des Soll-Werts b_soll vom Ist-Wert b_ist geprägt ist. Der Korrekturwert wird dem Bearbeitungswerkzeug zugeführt, so dass der folgende Bearbeitungsvorgang an einem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks dahingehend beeinflusst wird, dass der Ist-Wert bist im unbearbeiteten Bereich dem Soll-Wert b_soll nachgefüht wird.
• 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 10 wird das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang unterworfen. Gleichzeitig wird in Schritt 11 mindestens ein Ist-Wert einer geometrischen Eigenschaft eines bereits bearbeiteten Bereichs des Werkstücks erfasst. Beispielsgemäß wird der mindestens eine Ist-Wert mittels eines optischen Fühlers erfasst. Im folgenden Schritt 12 wird der mindestens eine Ist-Wert einem Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert der geometrischen Eigenschaft unterworfen. Sofern der Vergleich ergibt, dass der mindestens eine Ist-Wert um weniger als eine vorgebbare Toleranzschwelle vom mindestens einen Soll-Wert abweicht, wird das Werkstück in Schritt 13 fertig bearbeitet. Sofern der Vergleich jedoch ergibt, dass der mindestens eine Ist-Wert um mehr als die vorgebbare Toleranzschwelle vom mindestens einen Soll-Wert abweicht, wird in Schritt 14 ein Korrekturwert erzeugt, der durch die Abweichung des mindestens einen Ist-Werts vom mindestens einen Soll-Wert geprägt ist. Die weitere Bearbeitung des Werkstücks erfolgt dann in Schritt 15 unter Berücksichtigung des Korrekturwerts, so dass der mindestens eine Ist-Wert dem mindestens einen Soll-Wert während des weiteren Bearbeitungsvorgangs an einem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks angenähert wird.
• Bezugszeichenliste

b

geometrische Eigenschaft, Breite des Werkstücks

bsoll

Soll-Wert der Breite

bist

Ist-Wert der Breite

10

spanender Bearbeitungsvorgang am Werkstück

11

Erfassen mindestens eines Ist-Werts einer geometrischen Eigenschaft

12

Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert der geometrischen Eigenschaft

13

fertig bearbeiten des Werkstücks

14

Erzeugen eines Korrekturwerts

15

Annähern des mindestens einen Ist-Werts an den mindestens einen Soll-Wert

• 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 2128200 A1 [0003]

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang unterworfen wird (10), wobei während des Bearbeitungsvorgangs mindestens ein Ist-Wert einer geometrischen Eigenschaft eines bereits bearbeiteten Bereichs des Werkstücks erfasst wird (11) und einem Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert der geometrischen Eigenschaft unterworfen wird (12), dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der Bearbeitungsvorgang dahingehend beeinflusst wird, dass der mindestens eine Ist-Wert dem mindestens einen Soll-Wert während des weiteren Bearbeitungsvorgangs an einem noch unbearbeiteten Bereich des Werkstücks nachgeführt wird (15).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich ein Korrekturwert erzeugt wird (14), mit welchem ein den Bearbeitungsvorgang durchführendes Werkzeug beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ist-Wert mittels eines Tastfühlers erfasst wird (11).
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ist-Wert mittels eines optischen Fühlers erfasst wird (11).
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ist-Wert der geometrischen Eigenschaft ein Ist-Wert einer Breite, eines Durchmessers und/oder einer Krümmung ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Eigenschaft als mathematische Formel beschrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Formel die Form $$\text{y}={\text{C}}_1{\text{x}}^2+{\text{C}}_2{\text{x}}^2+{\text{C}}_3{\text{x}}^2\dots {\text{C}}_{\text{n}}{\text{x}}^2$$

   

   aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Formel die Form $$\text{y}=\text{a}+\text{bx}+{\text{cx}}^2+{\text{dx}}^3$$

   

   aufweist.
9. Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Bearbeitungswerkzeug dazu ausgebildet ist, das Werkstück einem spanenden Bearbeitungsvorgang zu unterwerfen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
10. Bearbeitungswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug als Fräswerkzeug oder als Schleifwerkzeug ausgebildet ist.

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