EP4003646A1 - Abrasive flow machining tool for determining material removal from a workpiece and method for determining the cutting power of a grinding medium - Google Patents

Abrasive flow machining tool for determining material removal from a workpiece and method for determining the cutting power of a grinding medium

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EP4003646A1
EP4003646A1 EP20750237.8A EP20750237A EP4003646A1 EP 4003646 A1 EP4003646 A1 EP 4003646A1 EP 20750237 A EP20750237 A EP 20750237A EP 4003646 A1 EP4003646 A1 EP 4003646A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
grinding medium
material removal
lapping machine
removal rate
Prior art date
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EP20750237.8A
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German (de)
French (fr)
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EP4003646B1 (en
EP4003646C0 (en
Inventor
Fabio Augusto Wosniak
Patrick Matt
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Extrude Hone GmbH
Original Assignee
Extrude Hone GmbH
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Publication date
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    • B24B49/003Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving acoustic means
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Definitions

  • the invention relates to a flow lapping machine, a method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece when machining the workpiece in a flow lapping machine and a method for determining the cutting performance of a grinding medium.
  • Flow lapping machines are used to polish and grind workpieces by passing an abrasive medium under pressure over the workpiece or through an opening extending through the workpiece, the abrasive medium removing material from the workpiece.
  • the grinding medium is usually a viscous medium containing abrasive particles, in particular based on silicone.
  • the abrasive particles of the abrasive medium wear out when the workpiece is machined, as a result of which the cutting performance of the abrasive medium and a material removal rate decrease. In addition, removed particles remain in the grinding medium. The machining of the workpiece becomes less effective and unpredictable.
  • the cutting performance is usually known. However, it is difficult to determine the cutting performance of an abrasive medium that has been in use for a period of time. To make matters worse, after the abrasive medium has worn out, not the entire amount of the abrasive medium present in the flow lapping machine is replaced, but only a certain proportion of the worn abrasive medium is removed and replaced with unused abrasive medium, so that at no point in time precise information about the cutting performance of the abrasive medium exist. Experienced users can manually feel whether a grinding medium still has sufficient cutting performance or whether it has to be at least partially replaced by unused grinding medium. Such a determination of the cutting line is, however, very imprecise and can hardly be carried out by inexperienced users. It is not possible to determine the grinding medium while the flow lapping machine is in operation.
  • a flow lapping machine for moving grinding media over a surface of a workpiece and / or through the opening of a workpiece, with a media drive device which is suitable for moving the grinding medium over a surface of a workpiece and / or through the opening of the workpiece to move along a flow direction through it, with a workpiece holder for folding the workpiece with two parts that can be positioned on opposite sides of the workpiece, with a structure-borne sound sensor for measuring structure-borne sound that is generated in the workpiece when machining a workpiece with a grinding medium, and with an evaluation unit which is suitable for inferring a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate on the workpiece based on an integral value of the root mean square of the structure-borne sound measured by the structure-borne sound sensor over time.
  • Structure-borne noise occurs in the form of acoustic and / or elastic waves in solids when a material undergoes irreversible changes in its internal structure, for example as a result of cracking or plastic Deformation due to aging or temperature gradients, but also due to specific external mechanical forces when processing a solid.
  • Mechanical machining processes can thus be monitored by measuring structure-borne sound signals using a structure-borne sound sensor.
  • the frequency of the structure-borne sound waves is in particular between 50 kFIz and 1 MFIz.
  • the structure-borne noise signal is stronger the greater the cutting performance or the material removal rate. It can thus be determined on the basis of the structure-borne noise signal whether the machining of a workpiece is effective. There is a high correlation between the root mean square of the structure-borne noise signal and the material removal rate. In particular, the root mean square of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor is related to a frictional energy dissipation during machining of the workpiece.
  • the integral value of the root mean square of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor over time is specific for a certain material removal. That is, a weight loss of the workpiece can be indirectly determined from the obtained integral value. In this way, an absolute amount of material removed can already be determined while the workpiece is being machined.
  • the integral value is given, for example, in the unit millivolt-seconds [mV.s]. Alternatively, the integral value can also be specified in the unit milliampere seconds [mA.s].
  • the cutting performance of the grinding medium and / or the material removal rate can in turn be determined on the basis of the weight loss. This enables particularly reliable process monitoring and particularly precise machining of the workpiece. It has been shown that when calculating the material removal by means of the integral value of the quadratic mean, particularly precise values for the material removal rate and for the cutting performance can be determined.
  • the integral is formed, for example, from a continuous value of the square mean of the structure-borne noise signal.
  • the material removal rate is calculated in particular by dividing the value of the material removal by the machining time.
  • the cutting performance can be determined by dividing the material removal by the media flow.
  • the media flow corresponds to the amount of fluid moved over the surface of the workpiece or through the opening of the workpiece.
  • the flow rate depends on the flow cross-section and the flow speed of the grinding medium and can therefore be easily determined.
  • the evaluation unit can be set up to determine the media flow based on the set process parameters.
  • the flow cross section is known and corresponds, for example, to the cross section of the opening of the machined workpiece.
  • Suitable software is preferably stored in the evaluation unit for calculating the integral value.
  • Machining within the meaning of the invention means both targeted machining of a workpiece that is to be manufactured as an end product and machining of a dummy workpiece as an alternative or in addition to the workpiece actually to be manufactured. Reference values, for example, are determined by machining the predetermined dummy workpiece. The processing of the dummy workpiece only serves to measure the structure-borne noise signal. The dummy workpiece can remain mounted in the flow lapping machine for a large number of machining operations.
  • the signal can be rectified before further evaluation.
  • the rectified signal can then be used to calculate the root mean square.
  • the workpiece holder preferably has a suitable seal for sealing a main fluid channel in which the grinding medium moves, a section of a surface of the workpiece to be machined and / or the opening of the workpiece being part of the main fluid channel.
  • the media drive device comprises, for example, at least one positive displacement pump which is suitable for pushing the grinding medium through the main fluid channel.
  • a look-up table is stored in the evaluation unit, from which a material removal from the workpiece and / or a cutting performance of the grinding medium can be read off over time using the integral value of the square mean of the measured structure-borne noise signal.
  • the values stored in the look-up table are specific to the material of the workpiece and / or to the grinding medium used. A material removal, in particular a material removal rate and / or a cutting performance, can thus be determined particularly quickly and reliably by means of a look-up table.
  • the values stored in the look-up table were determined, for example, by hardware tests and / or by simulations.
  • the evaluation unit can have an amplifier for amplifying the signal measured by the structure-borne noise sensor. In this way, a reliable evaluation of the structure-borne sound signals can take place even in the case of weak structure-borne sound signals, for example if only a small amount of material is removed. As a result, a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate can be determined with particularly high accuracy.
  • the evaluation unit has at least one filter for filtering out machine frequencies from the signal measured by the structure-borne noise sensor.
  • the filter thus also contributes to the fact that a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate can be determined with particularly high accuracy.
  • the filter is preferably an analog filter.
  • the filter is suitable for filtering out low frequencies in the range of less than 50 kHz and / or high frequencies in the range of more than 1 MHz from the structure-borne sound signal.
  • the filter can be an HP filter or a BP filter.
  • the filter can also already be integrated in the amplifier, so that the evaluation unit can be particularly compact.
  • the structure-borne noise sensor can be in direct or indirect contact with the workpiece during operation of the flow lapping machine. Indirect contact can be made, for example, via an additional component that is in direct contact with the workpiece.
  • the additional component should be made of a material that is suitable is to forward the structure-borne noise of the workpiece to the structure-borne noise sensor. For example, a disk or a strip made of aluminum is suitable for this.
  • Direct contacting has the advantage that the structure-borne sound signal can be transmitted from the workpiece to the structure-borne sound sensor without additional transmission losses.
  • Indirect contact is advantageous if direct contact with the workpiece is difficult due to the size or geometry of the workpiece.
  • the flow lapping machine comprises a bypass channel that runs parallel to a main fluid channel, the workpiece being a dummy workpiece that is arranged in the bypass channel, and the main fluid channel extending over a surface and / or through an opening of an additional workpiece to be machined .
  • this embodiment is suitable when relatively small workpieces are processed, in which the structure-borne noise sensor cannot be arranged on the workpiece itself to be processed.
  • this embodiment offers the additional advantage that the cutting performance of the grinding medium can be determined independently of the material removal rate on the basis of the structure-borne sound signal measured on the dummy workpiece. This is because the material of the dummy workpiece is preferably selected in such a way that no or only very little material is removed from the dummy workpiece. As a result, the dummy workpiece is hardly worn during the operation of the flow lapping machine and can remain installed in the flow lapping machine for the machining of a large number of work pieces to be additionally machined.
  • the structure-borne noise signal measured on the dummy workpiece is therefore almost exclusively caused by the friction of the grinding medium on the dummy workpiece, the greater the friction, the sharper-edged the grinding particles in the grinding medium, i.e. the better the cutting performance of the grinding medium.
  • the flow lapping machine can also comprise two structure-borne sound sensors, with a structure-borne sound sensor being positioned both on the dummy workpiece in the bypass channel and on the additional workpiece to be processed during operation of the flow lapping machine.
  • This enables an even more precise evaluation because, as previously explained, the cutting performance of the grinding medium can be analyzed in the bypass channel in isolation from the material removal, while the structure-borne noise signal measured on the additional workpiece is also influenced by the material removal rate.
  • two different signals can be measured, a difference between the two signals correlating with a surface improvement. If the machine settings remain the same, both media properties and surface improvements can be monitored.
  • the flow lapping machine preferably comprises a control unit which is suitable for adapting at least one process parameter based on the cutting performance and / or material removal rate determined by the evaluation unit, in particular during the machining of a workpiece.
  • a decreasing cutting performance of the grinding medium can be compensated for at least to some extent, so that the grinding medium can be used longer or the workpiece can be machined more effectively.
  • the process parameters that can be adjusted by the control unit are, for example, a flow rate of the grinding medium through the opening of the workpiece, a fluid pressure of the grinding medium, a counter pressure on the grinding medium and / or a temperature of the grinding medium.
  • a flow rate of the grinding medium By increasing the flow rate, the material removal rate can be increased, especially with the quality of the grinding medium remaining the same.
  • a contact pressure of the grinding medium, in particular the grinding particles can be adapted to a surface of the workpiece via the fluid pressure of the grinding medium and / or the counter pressure on the grinding medium.
  • the temperature influences the viscosity of the grinding medium, which in turn can affect the flow rate of the grinding medium.
  • the flow lapping machine has a fluid delivery device which is suitable for removing worn grinding medium from the flow lapping machine and supplying unused grinding medium.
  • a Fluid delivery device By such a Fluid delivery device, an automatic exchange of the grinding medium can take place when it is worn.
  • the object is also achieved according to the invention by a method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece when machining the workpiece in a flow lapping machine, with the following steps:
  • Determination of the material removal and / or the material removal rate on the workpiece based on the formed integral With the method according to the invention, it can already be determined during the machining of the workpiece in the flow lapping machine whether sufficient material has been removed without the workpiece having to be removed from the flow lapping machine.
  • the formation of the integral of the square mean of the structure-borne noise signal has the advantage over the known methods in which only the square mean of the structure-borne noise signal is formed that the absolute material removal that has taken place can be determined at each processing time. Since the amounts of material removed are usually very small and measurement errors occur when the workpiece is weighed, material removal can even be determined more precisely using the method according to the invention than by weighing the workpiece before and after machining.
  • the material removal rate is greater immediately after the machining of a workpiece has started than at a later point in time.
  • the cutting performance of the grinding medium can also be determined using the integrated square mean of the structure-borne noise signal. This allows conclusions to be drawn about the degree of wear of the grinding medium.
  • At least one of the following process parameters is set: a flow rate of the grinding medium, a fluid pressure of the grinding medium, a counter pressure on the grinding medium and / or a temperature of the grinding medium.
  • a suitable setting of the process parameters enables the workpiece to be machined particularly efficiently.
  • At least one process parameter is adapted if the material removal rate measured during machining of the workpiece deviates from a desired material removal rate by more than a defined tolerance value. This enables the workpiece to be machined in a particularly controlled manner.
  • the processing time for the individual workpieces to be processed can be kept constant by adjusting the process parameters. This means that by adapting the process parameters, it is possible to sufficiently grind the individual workpieces within a defined processing time, even if the cutting performance of the grinding medium decreases.
  • a reference curve is created that describes a desired course of the material removal rate by storing a course of the material removal rate of a machined workpiece in an evaluation unit, a tolerance range being defined around the reference curve within which the material removal rate should preferably move.
  • the creation of such a reference curve is very easy. With the aid of such a reference curve or with the aid of the tolerance range, it is particularly easy to monitor whether the material removal rate is within a reasonable range or whether the workpiece is being processed effectively.
  • the workpiece that is used to create the reference curve is preferably measured after machining. If the reference workpiece for good quality is found, the reference curve is saved. If the quality of the workpiece is not in order, the process is repeated with another workpiece.
  • the reference curve is specific, for example, for machining certain workpieces with a certain grinding medium. For differently shaped workpieces and / or for processing with a different grinding medium, a separate reference curve is preferably created in each case.
  • At least one process parameter is preferably adapted when machining the workpiece. In this way, it is possible to react particularly quickly to irregularities in processing.
  • the storage of the reference curve or the comparison of the material removal rate with the reference curve is preferably carried out by software that can be stored in the control unit or the evaluation unit.
  • a request to replace at least part of the grinding medium can be made. A user no longer has to manually check whether the cutting performance of the grinding medium is still sufficient.
  • the request for replacement occurs in particular when a desired surface quality of the workpiece can no longer be achieved with the abrasive used within an acceptable processing time.
  • a further structure-borne sound signal can be measured on a dummy workpiece and a difference between the two structure-borne sound signals can be formed in order to monitor an improvement in the surface quality of the workpiece. This is possible because a difference between the two signals correlates with a surface improvement. In this way, the surface improvement can be monitored even more precisely.
  • a second structure-borne sound sensor or a dummy workpiece is not absolutely necessary to monitor the surface improvement.
  • Surface enhancement can also be monitored by using the Structure-borne sound signal that occurs at the beginning of a machining process is compared with the structure-borne sound signal that occurs at the end of a machining process, in particular by forming a difference between the two signals.
  • a structure-borne sound signal that occurs at the beginning of a machining process of a workpiece can be compared with the structure-borne sound signal that is compared at the end of a workpiece that has been manufactured immediately beforehand in order to determine a required surface improvement, in particular based on a difference between the two structure-borne sound signals.
  • the evaluation unit can determine an optimal processing time, taking into account the material removal rate, after which a desired surface improvement is achieved. In this way, the machining process can run in a particularly time-optimized manner. This of course only applies if the two workpieces machined one after the other are of the same type.
  • the exchange of the grinding medium can be done manually or automatically. For example, a user can receive a request to manually replace a predetermined portion of the grinding medium. Alternatively, only an indication can be given that the grinding medium is being exchanged while the automatic exchange is taking place.
  • the automatic exchange takes place, for example, by means of a fluid delivery device which is suitable for removing worn grinding medium from the flow lapping machine and supplying unused grinding medium.
  • the object is also achieved according to the invention by a method for determining the cutting performance of a grinding medium, with the following steps:
  • Such a method can be used to examine different grinding media for their cutting performance, for example when developing new grinding media.
  • Figures 1 a and 1 b each show a part of a flow lapping machine according to the invention
  • Figure 2 shows the course of the quadratic mean of a structure-borne noise signal
  • FIG. 3 shows a partial area of a further flow lapping machine according to the invention in the area of a workpiece holder
  • FIG. 4 shows a further flow lapping machine according to the invention
  • FIG. 5 shows a flowchart for processing a structure-borne sound signal
  • FIG. 6 a reference curve which describes a desired course of the material removal rate
  • FIG. 7 shows a profile of a material removal rate when machining a workpiece
  • FIGS. 8a and 8b show a profile of a directly measured material removal rate and an indirectly determined material removal rate.
  • FIGS. 1 a and 1 b each show a flow lapping machine 10 for processing a workpiece 12 with a viscous grinding medium 14 in a sectional view.
  • the grinding medium 14 can be moved through an opening 16 in the workpiece 12 to be processed.
  • the grinding medium 14 moves in a main fluid channel 15 which runs through the opening 16 of the workpiece 12.
  • the grinding medium 14 can be moved over a surface of the workpiece 12 lying outside the opening 16, the main fluid channel 15 being at least partially delimited by the surface of the workpiece 12.
  • FIGS. 1 a and 1 b the flow lapping machine 10 is shown in different states, in which the grinding medium 14 is moved in opposite directions, as illustrated by arrows, that is to say is pumped back and forth.
  • the flow lapping machine 10 comprises a workpiece holder 18 which has two parts 20, 22 that can be positioned on opposite sides of the workpiece 12.
  • the workpiece 12 is during processing between the two parts 20, 22 of the workpiece holder 18 z. B. axially clamped.
  • seals can be attached to the parts 20, 22 and bear against the workpiece 12 during machining.
  • the seals are preferably metal seals or ceramic seals, namely rubber seals would dampen the structure-borne sound signal.
  • the flow lapping machine 10 further comprises a media drive device 24 which is suitable for moving the grinding medium 14 over a surface of a workpiece and / or through the opening 16 of the workpiece 12. In the process, material is removed from the workpiece 12, as a result of which the surface of the workpiece 12 is smoothed and polished.
  • the media drive device 24 comprises two displacement pumps 26, 28, one of the two displacement pumps 26, 28 pushing the grinding medium 14 through the opening 16, depending on the direction of flow of the grinding medium 14, and the other displacement pump 26, 28 forming a device counteracting the grinding medium 14 that counteracts the flow of the grinding medium 14.
  • a displacement pump 26, 28 each has a piston 30 which is guided in a cylinder 32.
  • the media drive device 24 also comprises a drive element 34 for each displacement pump 26, 28, which is, for example, a hydraulic actuation element or a linear motor actuation element.
  • a strength of the structure-borne sound waves correlates with a material removal rate on the workpiece 12 and / or with a cutting performance of the grinding medium 14.
  • the cutting performance of the grinding medium 14 is indicated in the unit millivolt seconds per liter [mV.s / l].
  • the cutting performance indicates how much material is removed per liter of the grinding medium 14 moved over the workpiece 12.
  • the flow lapping machine 10 comprises a structure-borne sound sensor 36 which is in contact with the workpiece 12 to be machined.
  • the flow lapping machine 10 comprises an especially electronic evaluation unit 38.
  • the evaluation unit 38 can receive the structure-borne noise signal measured by the structure-borne noise sensor 36 and in particular form the square mean of the structure-borne noise signal using software and integrate this over time.
  • the evaluation unit 38 can already receive the root mean square of the structure-borne noise signal from an amplifier, for example.
  • the structure-borne sound signal is measured in millivolts or milliamps, for example.
  • the structure-borne noise signal it is preferably rectified before the square mean is formed.
  • the course of the quadratic mean of the structure-borne noise signal in millivolts over time in seconds is shown in FIG. 2 as an example for a machining process.
  • the evaluation unit 38 is suitable for inferring a cutting performance of the grinding medium 14 and / or a material removal rate on the workpiece 12 based on an integral value of the square mean of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor 36 over time.
  • the evaluation unit 38 in particular first of all determines the material removal based on the integral formed.
  • the integral value is specifically specific for a certain amount of material removed.
  • the evaluation unit 38 is set up to set the material removal in relation to the processing time.
  • the evaluation unit 38 is set up to divide the integral value by the media flow.
  • a look-up table 39 can be stored in the evaluation unit 38, from which a material removal on the workpiece 12 and / or a cutting performance of the grinding medium 14 can be read over time based on the integral value of the square mean of the measured structure-borne noise signal.
  • a look-up table 39 is illustrated below in FIG.
  • the flow lapping machine 10 further comprises a control unit 40 which is suitable for adapting at least one process parameter based on the cutting performance and / or material removal rate determined by the evaluation unit 38, in particular during the processing of a workpiece 12. This makes it possible to respond to a changed cutting performance of the Grinding medium 14 and / or to other fluctuations in the machining process, for example to temperature fluctuations.
  • the process parameters that can be adjusted by the control unit 40 are, for example, a flow rate of the grinding medium 14, a fluid pressure of the grinding medium 14, a counter pressure on the grinding medium 14 and / or a temperature of the grinding medium 14.
  • the process parameters mentioned can be set by means of the media drive device 24.
  • a position of the two displacement pumps 26, 28 relative to one another and / or a movement speed of the individual displacement pumps 26, 28 can be adapted.
  • the fluid pressure of the grinding medium 14 is increased.
  • the grinding particles of the grinding medium 14 are pressed with a higher contact pressure against the surface of the workpiece 12 to be machined and a material removal rate can be increased.
  • the material removal rate can also be increased, since more grinding particles are moved over the surface of the workpiece 12 in the same time.
  • pistons 30 of the two displacement pumps 26, 28 are moved at different speeds, in particular if a piston 30 positioned upstream in the flow direction is moved more slowly than a piston 30 positioned downstream, or if its movement is met with a higher resistance, a counter pressure on the grinding medium 14 increase. Whether a piston 30 is mounted upstream or downstream depends in each case on the current direction of flow of the grinding medium 14, which changes after each machining cycle.
  • a heating and / or a cooling sleeve or the like can additionally be provided.
  • the heating or cooling sleeve is arranged around the cylinder 32, for example.
  • the structure-borne noise sensor 36 is in direct contact with the workpiece 12.
  • FIG. 4 shows a further flow lapping machine 10 according to the invention.
  • the flow lapping machine 10 comprises a bypass channel 46 which runs parallel to the main fluid channel 15, which is not visible in FIG.
  • the workpiece 12 is a dummy workpiece 12 a which is arranged in the bypass channel 46.
  • the main fluid channel 15 extends in the illustrated embodiment through the opening 16 of an additional workpiece 12b to be machined.
  • the main fluid channel 15 can extend over a surface of the workpiece 12b to be machined.
  • the flow lapping machine 10 can comprise two structure-borne sound sensors 36, with a structure-borne sound sensor 36 being positioned both on the dummy workpiece 12a in the bypass channel 46 and on the additional workpiece 12b to be processed when the flow lapping machine 10 is in operation. This allows the machining process to be monitored even more precisely.
  • Such a construction of the flow lapping machine is particularly advantageous if the workpiece 12b to be machined is shaped such that the structure-borne noise sensor 36 cannot be properly mounted on the workpiece 12b, in particular if the workpiece 12b is relatively small.
  • Another advantage of such a construction of the flow lapping machine is that the cutting performance of the grinding medium 14 can be determined independently of the material removal rate on the basis of the structure-borne noise signal measured on the dummy workpiece 12a.
  • the surface improvement can be monitored particularly precisely by determining a difference between the workpiece 12a and the workpiece to be machined 12b measured structure-borne sound signal is formed. This difference correlates with the surface improvement.
  • the dummy workpiece 12a is preferably made of a harder material than the workpiece 12b. As a result, little or no material is removed from the dummy workpiece 12a and it can remain in the flow lapping machine 10 for a large number of machining operations.
  • a workpiece holder which is designed like the workpiece holder 18.
  • a structure-borne sound sensor 36 can only be arranged on the dummy workpiece 12a. This is the case in particular if the workpiece 12b to be additionally processed is either too small or is shaped in such a way that the structure-borne noise sensor 36 cannot be properly positioned on the workpiece 12b.
  • FIG. 5 illustrates the processing of a structure-borne sound signal that was measured by the structure-borne sound sensor 36.
  • the structure-borne sound signal is first output as a raw signal 37 by the structure-borne sound sensor 36.
  • the raw signal 37 is then rectified in a rectifier 41, which can be part of the evaluation unit 38.
  • FIG. 5 also shows that the evaluation unit 38 can have an amplifier 48 for amplifying the structure-borne sound signal measured by the structure-borne sound sensor 36.
  • the evaluation unit 38 optionally has a filter, in particular an HP filter 50 and / or a bandwidth filter 52 for filtering out machine frequencies from the signal measured by the structure-borne noise sensor 36.
  • the rectifier 41, the HP filter 50, the amplifier 48 and the bandwidth filter 52 are contained, for example, in what is known as an acoustic emission coupler, which is available under the trade name Piezotron® coupler, for example to be expelled.
  • acoustic emission couplers already have an integrated RMS converter for evaluating the structure-borne noise signal. That is to say, such a sound emission coupler can already determine the root mean square of the structure-borne sound signal and make it available in the evaluation unit 38 for further evaluation.
  • the raw signal of the structure-borne noise signal can be provided.
  • a method according to the invention for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece 12, 12a, 12b when machining the workpiece 12, 12a, 12b in a flow lapping machine 10 and / or for determining a cutting performance of the grinding medium 14 is explained, in particular in the Machining of the workpiece 12, 12a, 12b in a flow lapping machine 10 as described in connection with FIGS. 1 to 4.
  • a grinding medium 14 is passed over a surface and / or through an opening 16 of the workpiece 12, 12a, 12b to be machined. This takes place in particular by means of the media drive device 24 described above.
  • the structure-borne noise generated in the workpiece 12, 12a, 12b during machining is measured, in particular with the structure-borne noise sensor 36.
  • the quadratic mean of the measured structure-borne noise signal T R S is then determined in the evaluation unit 38, in particular in a sound emission coupler.
  • the quadratic mean is integrated over the processing time.
  • the material removal and / or the material removal rate on the workpiece 12, 12a, 12b can then be determined on the basis of the integral formed.
  • a cutting performance of the grinding medium 14 can be determined on the basis of the integral formed.
  • the raw signal 37 of the structure-borne noise signal can also be output. If the material removal rate measured during the machining of the workpiece 12, 12a, 12b deviates from a desired material removal rate by more than a defined tolerance value, at least one process parameter is preferably adapted.
  • At least one of the following process parameters is set: a flow rate of the grinding medium 14, a fluid pressure of the grinding medium 14, a counter pressure on the grinding medium 14 and / or a temperature of the grinding medium 14.
  • a reference curve is preferably created which describes a desired course of the material removal rate.
  • the reference curve is created, for example, by recording a course of the material removal rate of a machined workpiece 12, 12a, 12b during machining.
  • the machined workpiece 12, 12a, 12b is then subjected to a quality check and a measurement of the removal. If the workpiece 12, 12a, 12b has been found to be in order, the recorded material removal rate is stored as a reference curve in the evaluation unit 38.
  • a tolerance range is defined around the reference curve within which the material removal rate should move.
  • the tolerance range is illustrated in FIG. 6 by dashed lines around the reference curve.
  • At least one process parameter is adapted, for example, when machining the workpiece 12, 12a, 12b. This is intended to ensure that the material removal rate follows the course of the reference curve again. More precisely, the aim is to ensure that the machined workpiece 12, 12a, 12b is qualitatively in order after machining has been completed. However, if the grinding medium 14 is worn to a certain extent, that is, if a cutting performance of the grinding medium 14 has significantly decreased, the course of the material removal rate can only be influenced slightly by the variation of process parameters. Effective machining of a workpiece 12, 12a, 12b, which leads to a qualitatively acceptable result, is then no longer possible.
  • a request is made to replace at least part of the grinding medium 14, in particular if the actual material removal rate is below the tolerance range, as shown in FIG. 7, for example.
  • the material removal rate approaches a constant value towards the end of the machining time.
  • the difference between a maximum value that occurs at the beginning of the machining time and the end value at the end of the machining time describes the surface improvement achieved.
  • the end values of the material removal rate of an already machined workpiece 12, 12b can be compared with the maximum value of a subsequently manufactured workpiece, in particular the difference can be calculated. In this case, the difference correlates with the desired surface improvement.
  • a cutting performance of a grinding medium 14 can be determined in that grinding medium 14 is passed over a surface and / or through an opening of a reference workpiece 12, the structure-borne sound generated in the reference workpiece 12 is measured and the root mean square of the measured structure-borne sound signal is measured. The integral is then formed over the root mean square and the integral value is divided by the medium flow rate of the cutting medium 14. The cutting performance of the grinding medium 14 can be determined on the basis of the divided integral value. As a result, the method according to the invention is suitable for investigating or developing new grinding media.
  • FIGS. 8a and 8b graphically illustrate a profile of a directly measured material removal rate over a number of machining cycles (FIG. 8a) and a profile of an indirectly determined material removal rate, i.e. a profile of the integral value of the root mean square of the structure-borne noise signal over the number of machining cycles (FIG. 8b).
  • the material removal rate measured directly is given in mg / L.
  • the material removal rate measured indirectly is given in mV.s / L.
  • a processing cycle corresponds in particular to a cycle in which the grinding medium 14 is moved by the media drive device 24 in a flow direction.

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Abstract

The invention relates to an abrasive flow machining tool (10), comprising a grinding medium driving device (24), which is suitable for moving the grinding medium (14) in a flow direction over a surface of a workpiece (12) and/or through the opening (16) of the workpiece (12), comprising a workpiece holder (18) for holding the workpiece (12) with two parts (20, 22) which are positionable on opposite sides of the workpiece (12), comprising a structure-borne noise sensor (36) for measuring structure-borne noise generated in a workpiece (12) as said workpiece is being machined by a grinding medium (14), and comprising an evaluation unit (38), which is suitable for determining the cutting power of the grinding medium (14) and/or the rate of material removal from the workpiece (12) on the basis of an integral value of the root mean square of the structure-borne noise, measured by the structure-borne noise sensor (36), over time. The invention furthermore relates to a method for determining material removal from a workpiece and to a method for determining the cutting power of a grinding medium.

Description

Fließläppmaschine, Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags an einem Werkstück und Verfahren zum Bestimmen der Schneidleistung eines Flow lapping machine, method for determining a material removal from a workpiece and method for determining the cutting performance of a
Schleifmediums Grinding medium
Die Erfindung betrifft eine Fließläppmaschine, ein Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags und/oder einer Materialabtragsrate an einem Werkstück bei Bearbeitung des Werkstücks in einer Fließläppmaschine und ein Verfahren zum Bestimmen der Schneidleistung eines Schleifmediums. The invention relates to a flow lapping machine, a method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece when machining the workpiece in a flow lapping machine and a method for determining the cutting performance of a grinding medium.
Fließläppmaschinen dienen dazu, Werkstücke zu polieren und abzuschleifen, indem ein Schleifmedium unter Druck über das Werkstück oder durch eine sich durch das Werkstück erstreckende Öffnung hindurch geführt wird, wobei das Schleifmedium Material von dem Werkstück abträgt. Das Schleifmedium ist üblicherweise ein Schleifpartikel aufweisendes, viskoses Medium, insbesondere auf Silikonbasis. Flow lapping machines are used to polish and grind workpieces by passing an abrasive medium under pressure over the workpiece or through an opening extending through the workpiece, the abrasive medium removing material from the workpiece. The grinding medium is usually a viscous medium containing abrasive particles, in particular based on silicone.
Die Schleifpartikel des Schleifmediums nutzen sich bei der Bearbeitung des Werkstücks ab, wodurch die Schneidleistung des Schleifmediums und eine Materialabtragsrate abnehmen. Außerdem verbleiben abgetragene Partikel im Schleifmedium. Die Bearbeitung des Werkstücks wird somit weniger effektiv und unvorhersehbar. The abrasive particles of the abrasive medium wear out when the workpiece is machined, as a result of which the cutting performance of the abrasive medium and a material removal rate decrease. In addition, removed particles remain in the grinding medium. The machining of the workpiece becomes less effective and unpredictable.
Bei einem noch unbenutzten Schleifmedium ist die Schneidleistung in der Regel bekannt. Eine Feststellung der Schneidleistung eines Schleifmediums, das bereits eine gewisse Zeit im Einsatz war, ist jedoch schwierig. Erschwerend kommt hinzu, dass nach einer Abnutzung des Schleifmediums nicht die gesamte Menge des in der Fließläppmaschine vorhandenen Schleifmediums ausgetauscht wird, sondern lediglich ein gewisser Anteil des abgenutzten Schleifmediums entnommen und durch ungenutztes Schleifmedium ersetzt wird, sodass zu keinem Zeitpunkt exakte Informationen über die Schneidleistung des Schleifmediums vorliegen. Erfahrene Benutzer können manuell erfühlen, ob ein Schleifmedium noch eine ausreichende Schneidleistung hat oder ob es zumindest teilweise durch unbenutztes Schleifmedium ersetzt werden muss. Eine derartige Feststellung der Schneidleitung ist jedoch sehr ungenau und von unerfahrenen Benutzern kaum ausführbar. Während des Betriebs der Fließläppmaschine ist die Feststellung des Schleifmediums nicht möglich. If the grinding medium has not yet been used, the cutting performance is usually known. However, it is difficult to determine the cutting performance of an abrasive medium that has been in use for a period of time. To make matters worse, after the abrasive medium has worn out, not the entire amount of the abrasive medium present in the flow lapping machine is replaced, but only a certain proportion of the worn abrasive medium is removed and replaced with unused abrasive medium, so that at no point in time precise information about the cutting performance of the abrasive medium exist. Experienced users can manually feel whether a grinding medium still has sufficient cutting performance or whether it has to be at least partially replaced by unused grinding medium. Such a determination of the cutting line is, however, very imprecise and can hardly be carried out by inexperienced users. It is not possible to determine the grinding medium while the flow lapping machine is in operation.
Wird das Schleifmedium zu früh ausgetauscht, entstehen dadurch erhöhte Kosten, da noch brauchbares Schleifmedium entsorgt wird. Wird das Schleifmedium zu spät ausgetauscht, kann die Materialabtragsrate soweit abnehmen, dass Werkstücke nicht ausreichend abgeschliffen werden und es zur Fierstellung von qualitativ mangelhaften Teilen kommen kann. If the grinding medium is exchanged too early, this results in increased costs, since usable grinding medium is disposed of. If the grinding medium is replaced too late, the material removal rate can decrease to such an extent that workpieces are not sufficiently abraded and parts of poor quality can be fused.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fließläppmaschine bereitzustellen, die eine besonders effiziente Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht. Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags und/oder einer Materialabtragsrate an einem Werkstück sowie Verfahren zum Bestimmen der Schneidleistung eines Schleifmediums anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide a flow lapping machine which enables workpieces to be machined particularly efficiently. In addition, it is an object of the invention to provide a method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece and a method for determining the cutting performance of a grinding medium.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fließläppmaschine zum Bewegen von Schleifmedien über eine Oberfläche eines Werkstücks und/oder durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch, mit einer Medienantriebsvorrichtung, die geeignet ist, das Schleifmedium über eine Oberfläche eines Werkstücks und/oder durch die Öffnung des Werkstücks längs einer Strömungsrichtung hindurch zu bewegen, mit einem Werkstückhalter zur Flalterung des Werkstücks mit zwei auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks positionierbaren Teilen, mit einem Körperschallsensor zum Messen von Körperschall, der bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Schleifmedium in diesem erzeugt wird, und mit einer Auswerteeinheit, die geeignet ist, um anhand eines Integralwerts des quadratischen Mittels des von dem Körperschallsensor gemessenen Körperschalls über die Zeit auf eine Schneidleistung des Schleifmediums und/oder eine Materialabtragsrate am Werkstück zu schließen. This object is achieved according to the invention by a flow lapping machine for moving grinding media over a surface of a workpiece and / or through the opening of a workpiece, with a media drive device which is suitable for moving the grinding medium over a surface of a workpiece and / or through the opening of the workpiece to move along a flow direction through it, with a workpiece holder for folding the workpiece with two parts that can be positioned on opposite sides of the workpiece, with a structure-borne sound sensor for measuring structure-borne sound that is generated in the workpiece when machining a workpiece with a grinding medium, and with an evaluation unit which is suitable for inferring a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate on the workpiece based on an integral value of the root mean square of the structure-borne sound measured by the structure-borne sound sensor over time.
Körperschall tritt in Form von akustischen und/oder elastischen Wellen in Feststoffen auf, wenn ein Material irreversible Veränderungen in seiner inneren Struktur erfährt, zum Beispiel als Folge von Rissbildung oder plastischer Verformung durch Alterung oder Temperaturgradienten, aber auch durch gezielte äußere mechanische Kräfte bei der Bearbeitung eines Feststoffs. Durch die Messung von Körperschallsignalen mittels eines Körperschallsensors können somit mechanische Bearbeitungsprozesse überwacht werden. Die Frequenz der Körperschallwellen liegt dabei insbesondere zwischen 50 kFIz und 1 MFIz. Structure-borne noise occurs in the form of acoustic and / or elastic waves in solids when a material undergoes irreversible changes in its internal structure, for example as a result of cracking or plastic Deformation due to aging or temperature gradients, but also due to specific external mechanical forces when processing a solid. Mechanical machining processes can thus be monitored by measuring structure-borne sound signals using a structure-borne sound sensor. The frequency of the structure-borne sound waves is in particular between 50 kFIz and 1 MFIz.
Das Körperschallsignal ist umso stärker, je größer die Schneidleistung beziehungsweise die Materialabtragsrate ist. Somit kann anhand des Körperschallsignals festgestellt werden, ob die Bearbeitung eines Werkstücks effektiv ist. Dabei besteht eine hohe Korrelation des quadratischen Mittels des Körperschallsignals mit der Materialabtragsrate. Insbesondere hängt das quadratische Mittel des von dem Körperschallsensor gemessenen Körperschalls mit einer Reibungsenergiedissipation bei der Bearbeitung des Werkstücks zusammen. The structure-borne noise signal is stronger the greater the cutting performance or the material removal rate. It can thus be determined on the basis of the structure-borne noise signal whether the machining of a workpiece is effective. There is a high correlation between the root mean square of the structure-borne noise signal and the material removal rate. In particular, the root mean square of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor is related to a frictional energy dissipation during machining of the workpiece.
Der Integralwert des quadratischen Mittels des von dem Körperschallsensor gemessenen Körperschalls über die Zeit ist dabei spezifisch für einen bestimmten Materialabtrag. Das heißt, anhand des erhaltenen Integralwerts kann indirekt ein Gewichtsverlust des Werkstücks bestimmt werden. So kann bereits während der Bearbeitung des Werkstücks ein absoluter Materialabtrag festgestellt werden. Der Integralwert wird beispielsweise in der Einheit Millivolt-Sekunden [mV.s] angegeben. Alternativ kann der Integralwert auch in der Einheit Milliampere- Sekunden [mA.s] angegeben werden. The integral value of the root mean square of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor over time is specific for a certain material removal. That is, a weight loss of the workpiece can be indirectly determined from the obtained integral value. In this way, an absolute amount of material removed can already be determined while the workpiece is being machined. The integral value is given, for example, in the unit millivolt-seconds [mV.s]. Alternatively, the integral value can also be specified in the unit milliampere seconds [mA.s].
Anhand des Gewichtsverlusts kann wiederum die Schneidleistung des Schleifmediums und/oder Materialabtragsrate bestimmt werden. Dadurch sind eine besonders zuverlässige Prozessüberwachung und eine besonders genaue Bearbeitung des Werkstücks möglich. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Berechnung des Materialabtrags mittels des Integralwerts des quadratischen Mittels besonders genaue Werte für die Materialabtragsrate und für die Schneidleistung ermittelt werden können. The cutting performance of the grinding medium and / or the material removal rate can in turn be determined on the basis of the weight loss. This enables particularly reliable process monitoring and particularly precise machining of the workpiece. It has been shown that when calculating the material removal by means of the integral value of the quadratic mean, particularly precise values for the material removal rate and for the cutting performance can be determined.
Das Integral wird beispielsweise über einen fortlaufenden Wert des quadratischen Mittels des Körperschallsignals gebildet. The integral is formed, for example, from a continuous value of the square mean of the structure-borne noise signal.
Die Materialabtragsrate wird insbesondere berechnet, indem der Wert des Materialabtrags durch die Bearbeitungszeit dividiert wird. Die Schneidleistung lässt sich ermitteln, in dem der Materialabtrag durch den Mediendurchfluss geteilt wird. Der Mediendurchfluss entspricht der Menge des über die Oberfläche des Werkstücks beziehungsweise durch die Öffnung des Werkstücks bewegte Fluidmenge. The material removal rate is calculated in particular by dividing the value of the material removal by the machining time. The cutting performance can be determined by dividing the material removal by the media flow. The media flow corresponds to the amount of fluid moved over the surface of the workpiece or through the opening of the workpiece.
Die Durchflussmenge hängt von dem Durchflussquerschnitt und der Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums ab und lässt sich daher einfach ermitteln. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um den Mediendurchfluss basierend auf den eingestellten Prozessparametern zu ermitteln. Der Durchflussquerschnitt ist bekannt und entspricht beispielsweise dem Querschnitt der Öffnung des bearbeiteten Werkstücks. The flow rate depends on the flow cross-section and the flow speed of the grinding medium and can therefore be easily determined. In particular, the evaluation unit can be set up to determine the media flow based on the set process parameters. The flow cross section is known and corresponds, for example, to the cross section of the opening of the machined workpiece.
Zum Berechnen des Integralwerts ist in der Auswerteeinheit vorzugsweise eine geeignete Software hinterlegt. Suitable software is preferably stored in the evaluation unit for calculating the integral value.
Mit einer Bearbeitung im Sinne der Erfindung ist sowohl eine gezielte Bearbeitung eines Werkstücks gemeint, das als Endprodukt hergestellt werden soll, als auch die testhalber Bearbeitung eines Dummywerkstücks alternativ oder zusätzlich zu dem eigentlich herzustellenden Werkstück. Über die Bearbeitung des vorbestimmten Dummywerkstücks werden zum Beispiel Referenzwerte ermittelt. Die Bearbeitung des Dummywerkstücks dient dabei lediglich zur Messung des Körperschallsignals. Dabei kann das Dummywerkstück für eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen in der Fließläppmaschine montiert bleiben. Machining within the meaning of the invention means both targeted machining of a workpiece that is to be manufactured as an end product and machining of a dummy workpiece as an alternative or in addition to the workpiece actually to be manufactured. Reference values, for example, are determined by machining the predetermined dummy workpiece. The processing of the dummy workpiece only serves to measure the structure-borne noise signal. The dummy workpiece can remain mounted in the flow lapping machine for a large number of machining operations.
Um das vom Körperschallsensor gemessene Körperschallsignal besser auswerten zu können, kann das Signal vor der weiteren Auswertung gleichgerichtet werden. Das gleichgerichtete Signal kann dann zur Berechnung des quadratischen Mittels verwendet werden. In order to better evaluate the structure-borne sound signal measured by the structure-borne sound sensor, the signal can be rectified before further evaluation. The rectified signal can then be used to calculate the root mean square.
Der Werkstückhalter weist vorzugsweise eine geeignete Dichtung zum Abdichten eines Fluidhauptkanals auf, in dem sich das Schleifmedium bewegt, wobei ein zu bearbeitender Abschnitt einer Oberfläche des Werkstücks und/oder die Öffnung des Werkstücks Teil des Fluidhauptkanals ist. The workpiece holder preferably has a suitable seal for sealing a main fluid channel in which the grinding medium moves, a section of a surface of the workpiece to be machined and / or the opening of the workpiece being part of the main fluid channel.
Die Medienantriebsvorrichtung umfasst beispielsweise mindestens eine Verdrängerpumpe, die geeignet ist, das Schleifmedium durch den Fluidhauptkanal zu schieben. Gemäß einer Ausführungsform ist in der Auswerteeinheit eine Look-Up-T abeile hinterlegt, aus der anhand des Integralwerts des quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals über die Zeit ein Materialabtrag am Werkstück und/oder eine Schneidleistung des Schleifmediums abgelesen werden kann. Die in der Look-Up Tabelle hinterlegten Werte sind spezifisch für das Material des Werkstücks und/oder für das verwendete Schleifmedium. Mittels einer Look-Up Tabelle kann somit besonders schnell und zuverlässig ein Materialabtrag, insbesondere eine Materialabtragsrate und/oder eine Schneidleistung ermittelt werden. Die in der Look-Up Tabelle hinterlegten Werte wurden beispielsweise durch Hardware-Versuche und/oder durch Simulationen ermittelt. The media drive device comprises, for example, at least one positive displacement pump which is suitable for pushing the grinding medium through the main fluid channel. According to one embodiment, a look-up table is stored in the evaluation unit, from which a material removal from the workpiece and / or a cutting performance of the grinding medium can be read off over time using the integral value of the square mean of the measured structure-borne noise signal. The values stored in the look-up table are specific to the material of the workpiece and / or to the grinding medium used. A material removal, in particular a material removal rate and / or a cutting performance, can thus be determined particularly quickly and reliably by means of a look-up table. The values stored in the look-up table were determined, for example, by hardware tests and / or by simulations.
Die Auswerteeinheit kann einen Verstärker zum Verstärken des vom Körperschallsensor gemessenen Signals aufweisen. Auf diese Weise kann auch bei schwachen Körperschallsignalen, wenn zum Beispiel nur ein geringer Materialabtrag stattfindet, eine zuverlässige Auswertung der Körperschallsignale stattfinden. Dadurch kann eine Schneidleistung des Schleifmediums und/oder eine Materialabtragsrate mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden. The evaluation unit can have an amplifier for amplifying the signal measured by the structure-borne noise sensor. In this way, a reliable evaluation of the structure-borne sound signals can take place even in the case of weak structure-borne sound signals, for example if only a small amount of material is removed. As a result, a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate can be determined with particularly high accuracy.
Beispielsweise weist die Auswerteeinheit mindestens einen Filter zum Herausfiltern von Maschinenfrequenzen aus dem vom Körperschallsensor gemessenen Signal auf. Der Filter trägt somit ebenfalls dazu bei, dass eine Schneidleistung des Schleifmediums und/oder eine Materialabtragsrate mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. For example, the evaluation unit has at least one filter for filtering out machine frequencies from the signal measured by the structure-borne noise sensor. The filter thus also contributes to the fact that a cutting performance of the grinding medium and / or a material removal rate can be determined with particularly high accuracy.
Der Filter ist vorzugsweise ein analoger Filter. Insbesondere ist der Filter geeignet, niedrige Frequenzen im Bereich von weniger als 50 kHz und/oder hohe Frequenzen im Bereich von mehr als 1 MHz aus dem Körperschallsignal herauszufiltern. Zu diesem Zweck kann der Filter ein HP-Filter oder als BP-Filter sein. The filter is preferably an analog filter. In particular, the filter is suitable for filtering out low frequencies in the range of less than 50 kHz and / or high frequencies in the range of more than 1 MHz from the structure-borne sound signal. For this purpose, the filter can be an HP filter or a BP filter.
Der Filter kann auch bereits in dem Verstärker integriert sein, wodurch die Auswerteeinheit besonders kompakt sein kann. The filter can also already be integrated in the amplifier, so that the evaluation unit can be particularly compact.
Der Körperschallsensor kann im Betrieb der Fließläppmaschine direkt oder indirekt mit dem Werkstück in Kontakt sein. Eine indirekte Kontaktierung kann zum Beispiel über ein zusätzliches Bauteil erfolgen, das mit dem Werkstück in direktem Kontakt ist. Das zusätzliche Bauteil sollte aus einem Werkstoff sein, der geeignet ist, den Körperschall des Werkstücks zum Körperschallsensor weiterzuleiten. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Scheibe oder eine Leiste aus Aluminium. The structure-borne noise sensor can be in direct or indirect contact with the workpiece during operation of the flow lapping machine. Indirect contact can be made, for example, via an additional component that is in direct contact with the workpiece. The additional component should be made of a material that is suitable is to forward the structure-borne noise of the workpiece to the structure-borne noise sensor. For example, a disk or a strip made of aluminum is suitable for this.
Eine direkte Kontaktierung hat den Vorteil, dass das Körperschallsignal ohne zusätzliche Übertragungsverluste vom Werkstück zum Körperschallsensor übertragen werden kann. Eine indirekte Kontaktierung ist dann vorteilhaft, wenn aufgrund der Größe oder der Geometrie des Werkstücks eine direkte Kontaktierung des Werkstücks schwierig ist. Direct contacting has the advantage that the structure-borne sound signal can be transmitted from the workpiece to the structure-borne sound sensor without additional transmission losses. Indirect contact is advantageous if direct contact with the workpiece is difficult due to the size or geometry of the workpiece.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Fließläppmaschine einen Bypasskanal, der parallel zu einem Fluidhauptkanal verläuft, wobei das Werkstück ein Dummywerkstück ist, das in dem Bypasskanal angeordnet ist, und wobei sich der Fluidhauptkanal über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung eines zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstücks erstreckt. Diese Ausführungsform bietet sich ähnlich wie die indirekte Kontaktierung dann an, wenn relativ kleine Werkstücke bearbeitet werden, bei denen der Körperschallsensor nicht am zu bearbeitenden Werkstück selbst angeordnet werden kann. According to one embodiment, the flow lapping machine comprises a bypass channel that runs parallel to a main fluid channel, the workpiece being a dummy workpiece that is arranged in the bypass channel, and the main fluid channel extending over a surface and / or through an opening of an additional workpiece to be machined . Similar to indirect contacting, this embodiment is suitable when relatively small workpieces are processed, in which the structure-borne noise sensor cannot be arranged on the workpiece itself to be processed.
Außerdem bietet diese Ausführungsform den zusätzlichen Vorteil, dass anhand des am Dummywerkstück gemessenen Körperschallsignals die Schneidleistung des Schleifmediums unabhängig von der Materialabtragsrate bestimmt werden kann. Das Material des Dummywerkstücks ist nämlich vorzugsweise so gewählt, dass am Dummywerkstück kein oder nur ein sehr geringer Materialabtrag stattfindet. Dadurch wird das Dummywerkstück im Betrieb der Fließläppmaschine kaum abgenutzt und kann für die Bearbeitung einer Vielzahl von zusätzlich zu bearbeitenden Werkstücken in der Fließläppmaschine installiert bleiben. Das am Dummywerkstück gemessene Körperschallsignal wird daher nahezu ausschließlich durch die Reibung des Schleifmediums am Dummywerkstück verursacht, wobei die Reibung umso größer ist, je scharfkantiger die Schleifpartikel im Schleifmedium sind, das heißt, je besser die Schneidleistung des Schleifmediums ist. In addition, this embodiment offers the additional advantage that the cutting performance of the grinding medium can be determined independently of the material removal rate on the basis of the structure-borne sound signal measured on the dummy workpiece. This is because the material of the dummy workpiece is preferably selected in such a way that no or only very little material is removed from the dummy workpiece. As a result, the dummy workpiece is hardly worn during the operation of the flow lapping machine and can remain installed in the flow lapping machine for the machining of a large number of work pieces to be additionally machined. The structure-borne noise signal measured on the dummy workpiece is therefore almost exclusively caused by the friction of the grinding medium on the dummy workpiece, the greater the friction, the sharper-edged the grinding particles in the grinding medium, i.e. the better the cutting performance of the grinding medium.
Auch wenn an dem Dummywerkstück kein beziehungsweise nur sehr wenig Material abgetragen wird, wird das Bewegen des Schleifmediums durch das Dummywerkstück im Sinne der Erfindung als Bearbeitung eines Werkstücks verstanden. Die Fließläppmaschine kann auch zwei Körperschallsensoren umfassen, wobei im Betrieb der Fließläppmaschine sowohl an dem Dummywerkstück im Bypasskanal als auch an dem zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstück ein Körperschallsensor positioniert ist. Dadurch ist eine noch genauere Auswertung möglich, da wie vorhergehend erläutert im Bypasskanal die Schneidleistung des Schleifmediums isoliert vom Materialabtrag analysiert werden kann, während das an dem zusätzlichen Werkstück gemessene Körperschallsignal auch durch die Materialabtragasrate beeinflusst wird. Insbesondere können bei dieser Ausführungsform zwei unterschiedliche Signale gemessen werden, wobei eine Differenz der beiden Signale mit einer Oberflächenverbesserung korreliert. Bei gleichbleibenden Maschineneinstellungen können dadurch sowohl eine Medienbeschaffenheit als auch eine Oberflächenverbesserung überwacht werden. Even if no or only very little material is removed from the dummy workpiece, the movement of the grinding medium through the dummy workpiece is understood as machining a workpiece within the meaning of the invention. The flow lapping machine can also comprise two structure-borne sound sensors, with a structure-borne sound sensor being positioned both on the dummy workpiece in the bypass channel and on the additional workpiece to be processed during operation of the flow lapping machine. This enables an even more precise evaluation because, as previously explained, the cutting performance of the grinding medium can be analyzed in the bypass channel in isolation from the material removal, while the structure-borne noise signal measured on the additional workpiece is also influenced by the material removal rate. In particular, in this embodiment two different signals can be measured, a difference between the two signals correlating with a surface improvement. If the machine settings remain the same, both media properties and surface improvements can be monitored.
Vorzugsweise umfasst die Fließläppmaschine eine Kontrolleinheit, die geeignet ist, mindestens einen Prozessparameter basierend auf der von der Auswerteeinheit ermittelten Schneidleistung und/oder Materialabtragsrate anzupassen, insbesondere während der Bearbeitung eines Werkstücks. Dadurch kann eine abnehmende Schneidleistung des Schleifmediums zumindest ein Stück weit kompensiert werden, sodass das Schleifmedium länger genutzt werden kann beziehungsweise die Bearbeitung des Werkstücks effektiver erfolgt. The flow lapping machine preferably comprises a control unit which is suitable for adapting at least one process parameter based on the cutting performance and / or material removal rate determined by the evaluation unit, in particular during the machining of a workpiece. As a result, a decreasing cutting performance of the grinding medium can be compensated for at least to some extent, so that the grinding medium can be used longer or the workpiece can be machined more effectively.
Die durch die Kontrolleinheit anpassbaren Prozessparameter sind beispielsweise eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums durch die Öffnung des Werkstücks, ein Fluiddruck des Schleifmediums, ein Gegendruck auf das Schleifmedium und/oder eine Temperatur des Schleifmediums. Durch eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit kann insbesondere bei gleichbleibender Qualität des Schleifmediums die Materialabtragsrate erhöht werden. Über den Fluiddruck des Schleifmediums und/oder den Gegendruck auf das Schleifmedium kann eine Anpresskraft des Schleifmediums, insbesondere der Schleifpartikel, an eine Oberfläche des Werkstücks angepasst werden. Die Temperatur hat Einfluss auf die Viskosität des Schleifmediums, die sich wiederum auf die Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums auswirken kann. The process parameters that can be adjusted by the control unit are, for example, a flow rate of the grinding medium through the opening of the workpiece, a fluid pressure of the grinding medium, a counter pressure on the grinding medium and / or a temperature of the grinding medium. By increasing the flow rate, the material removal rate can be increased, especially with the quality of the grinding medium remaining the same. A contact pressure of the grinding medium, in particular the grinding particles, can be adapted to a surface of the workpiece via the fluid pressure of the grinding medium and / or the counter pressure on the grinding medium. The temperature influences the viscosity of the grinding medium, which in turn can affect the flow rate of the grinding medium.
Optional weist die Fließläppmaschine eine Fluidfördervorrichtung auf, die geeignet ist, abgenutztes Schleifmedium aus der Fließläppmaschine abzuführen und unbenutztes Schleifmedium zuzuführen. Durch eine derartige Fluidfördervorrichtung kann ein automatischer Austausch des Schleifmediums erfolgen, wenn dieses abgenutzt ist. Optionally, the flow lapping machine has a fluid delivery device which is suitable for removing worn grinding medium from the flow lapping machine and supplying unused grinding medium. By such a Fluid delivery device, an automatic exchange of the grinding medium can take place when it is worn.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags und/oder einer Materialabtragsrate an einem Werkstück bei Bearbeitung des Werkstücks in einer Fließläppmaschine, mit den folgenden Schritten: The object is also achieved according to the invention by a method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece when machining the workpiece in a flow lapping machine, with the following steps:
Leiten eines Schleifmediums über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung eines zu bearbeitenden Werkstücks, Guiding a grinding medium over a surface and / or through an opening of a workpiece to be processed,
Messen des bei der Bearbeitung im Werkstück entstehenden Körperschalls, Measuring the structure-borne noise generated in the workpiece during machining,
Bilden eines quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals, Formation of a quadratic mean of the measured structure-borne noise signal,
Integrieren des quadratischen Mittels über die Bearbeitungszeit, und Integrate the root mean square over the processing time, and
Bestimmen des Materialabtrags und/oder der Materialabtragsrate am Werkstück anhand des gebildeten Integrals. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann bereits während der Bearbeitung des Werkstücks in der Fließläppmaschine festgestellt werden, ob ein ausreichender Materialabtrag stattgefunden hat, ohne dass das Werkstück aus der Fließläppmaschine entnommen werden muss. Das Bilden des Integrals des quadratischen Mittels des Körperschallsignals hat gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen lediglich das quadratische Mittel des Körperschallsignals gebildet wird, den Vorteil, dass zu jedem Bearbeitungszeitpunkt der stattgefundene absolute Materialabtrag ermittelt werden kann. Da die abgetragenen Materialmengen in der Regel sehr klein sind und beim Wiegen des Werkstücks Messfehler auftreten, kann anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Materialabtrag sogar genauer ermittelt werden als durch Wiegen des Werkstücks vor und nach der Bearbeitung. Determination of the material removal and / or the material removal rate on the workpiece based on the formed integral. With the method according to the invention, it can already be determined during the machining of the workpiece in the flow lapping machine whether sufficient material has been removed without the workpiece having to be removed from the flow lapping machine. The formation of the integral of the square mean of the structure-borne noise signal has the advantage over the known methods in which only the square mean of the structure-borne noise signal is formed that the absolute material removal that has taken place can be determined at each processing time. Since the amounts of material removed are usually very small and measurement errors occur when the workpiece is weighed, material removal can even be determined more precisely using the method according to the invention than by weighing the workpiece before and after machining.
Die Materialabtragsrate ist insbesondere unmittelbar nach Beginn der Bearbeitung eines Werkstücks größer als zu einem späteren Zeitpunkt. Je geringer die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks ist, umso weniger Material wird abgetragen. Wenn die Materialabtragsrate konstant bleibt, ist dies ein Indiz dafür, dass die Bearbeitung des Werkstücks abgeschlossen ist beziehungsweise dass eine Oberflächenrauigkeit des Werkstücks mit dem in der Fließläppmaschine verwendeten Schleifmedium nicht weiter verbessert werden kann. Neben der Materialabtragsrate kann anhand des integrierten quadratischen Mittels des Körperschallsignals auch eine Schneidleistung des Schleifmediums bestimmt werden. Dadurch kann auf einen Abnutzungsgrad des Schleifmediums geschlossen werden. In particular, the material removal rate is greater immediately after the machining of a workpiece has started than at a later point in time. The lower the surface roughness of the workpiece, the less material is removed. If the material removal rate remains constant, this is an indication that the machining of the workpiece has been completed or that a surface roughness of the workpiece cannot be further improved with the grinding medium used in the flow lapping machine. In addition to the material removal rate, the cutting performance of the grinding medium can also be determined using the integrated square mean of the structure-borne noise signal. This allows conclusions to be drawn about the degree of wear of the grinding medium.
Basierend auf einer Materialabtragsrate wird beispielsweise mindestens einer der folgenden Prozessparameter eingestellt: eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums, ein Fluiddruck des Schleifmediums, ein Gegendruck auf das Schleifmedium und/oder eine Temperatur des Schleifmediums. Durch eine geeignete Einstellung der Prozessparameter kann eine Bearbeitung des Werkstücks besonders effizient erfolgen. Based on a material removal rate, for example, at least one of the following process parameters is set: a flow rate of the grinding medium, a fluid pressure of the grinding medium, a counter pressure on the grinding medium and / or a temperature of the grinding medium. A suitable setting of the process parameters enables the workpiece to be machined particularly efficiently.
Gemäß einer Ausführungsform wird mindestens ein Prozessparameter angepasst, wenn die bei der Bearbeitung des Werkstücks gemessene Materialabtragsrate um mehr als einen definierten Toleranzwert von einer gewünschten Materialabtragsrate abweicht. Dadurch kann die Bearbeitung des Werkstücks besonders kontrolliert stattfinden. Außerdem kann durch die Anpassung der Prozessparameter die Bearbeitungszeit für die einzelnen zu bearbeitenden Werkstücke konstant gehalten werden. Das heißt, durch die Anpassung der Prozessparameter ist es möglich, die einzelnen Werkstücke auch bei abnehmender Schneidleistung des Schleifmediums innerhalb einer definierten Bearbeitungszeit ausreichend abzuschleifen. According to one embodiment, at least one process parameter is adapted if the material removal rate measured during machining of the workpiece deviates from a desired material removal rate by more than a defined tolerance value. This enables the workpiece to be machined in a particularly controlled manner. In addition, the processing time for the individual workpieces to be processed can be kept constant by adjusting the process parameters. This means that by adapting the process parameters, it is possible to sufficiently grind the individual workpieces within a defined processing time, even if the cutting performance of the grinding medium decreases.
Beispielsweise wird eine Referenzkurve erstellt, die einen gewünschten Verlauf der Materialabtragsrate beschreibt, indem ein Verlauf der Materialabtragsrate eines bearbeiteten Werkstücks in einer Auswerteeinheit gespeichert wird, wobei ein Toleranzbereich um die Referenzkurve festgelegt wird, innerhalb dessen sich die Materialabtragsrate vorzugsweise bewegen sollte. Die Erstellung einer derartigen Referenzkurve ist sehr einfach. Anhand einer derartigen Referenzkurve beziehungsweise anhand des Toleranzbereichs kann besonders einfach überwacht werden, ob sich die Materialabtragsrate in einem sinnvollen Bereich liegt beziehungsweise ob eine effektive Bearbeitung des Werkstücks stattfindet. For example, a reference curve is created that describes a desired course of the material removal rate by storing a course of the material removal rate of a machined workpiece in an evaluation unit, a tolerance range being defined around the reference curve within which the material removal rate should preferably move. The creation of such a reference curve is very easy. With the aid of such a reference curve or with the aid of the tolerance range, it is particularly easy to monitor whether the material removal rate is within a reasonable range or whether the workpiece is being processed effectively.
Das Werkstück, das zum Erstellen der Referenzkurve dient, wird vorzugsweise nach der Bearbeitung vermessen. Wenn das Referenzwerkstück für qualitativ gut befunden wird, wird die Referenzkurve gespeichert. Sollte das Werkstück qualitativ nicht in Ordnung sein, wird der Vorgang mit einem weiteren Werkstück wiederholt. The workpiece that is used to create the reference curve is preferably measured after machining. If the reference workpiece for good quality is found, the reference curve is saved. If the quality of the workpiece is not in order, the process is repeated with another workpiece.
Die Referenzkurve ist beispielsweise spezifisch für die Bearbeitung bestimmter Werkstücke mit einem bestimmten Schleifmedium. Für unterschiedlich geformte Werkstücke und/oder für die Bearbeitung mit einem unterschiedlichen Schleifmedium wird vorzugsweise jeweils eine eigene Referenzkurve erstellt. The reference curve is specific, for example, for machining certain workpieces with a certain grinding medium. For differently shaped workpieces and / or for processing with a different grinding medium, a separate reference curve is preferably created in each case.
Wenn der tatsächliche Verlauf der Materialabtragsrate außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wird vorzugsweise mindestens ein Prozessparameter bei der Bearbeitung des Werkstücks angepasst. Dadurch kann besonders schnell auf Unregelmäßigkeiten bei der Bearbeitung reagiert werden. If the actual course of the material removal rate is outside the tolerance range, at least one process parameter is preferably adapted when machining the workpiece. In this way, it is possible to react particularly quickly to irregularities in processing.
Die Speicherung der Referenzkurve beziehungsweise der Abgleich der Materialabtragsrate mit der Referenzkurve erfolgt vorzugsweise durch eine Software, die in der Kontrolleinheit oder der Auswerteeinheit hinterlegt sein kann. The storage of the reference curve or the comparison of the material removal rate with the reference curve is preferably carried out by software that can be stored in the control unit or the evaluation unit.
Basierend auf einer Materialabtragsrate kann eine Aufforderung zum Austausch zumindest eines Teils des Schleifmediums erfolgen. Ein Benutzer muss somit nicht mehr manuell prüfen, ob die Schneidleistung des Schleifmediums noch ausreichend ist. Based on a material removal rate, a request to replace at least part of the grinding medium can be made. A user no longer has to manually check whether the cutting performance of the grinding medium is still sufficient.
Die Aufforderung zum Austausch erfolgt insbesondere dann, wenn eine gewünschte Oberflächenqualität des Werkstücks mit dem verwendeten Schleifmittel nicht mehr innerhalb einer akzeptablen Bearbeitungszeit erreicht werden kann. The request for replacement occurs in particular when a desired surface quality of the workpiece can no longer be achieved with the abrasive used within an acceptable processing time.
Zusätzlich zu dem vorgenannten Körperschallsignal kann ein weiteres Körperschallsignal an einem Dummywerkstück gemessen und eine Differenz der beiden Körperschallsignale gebildet werden, um eine Verbesserung der Oberflächenqualität des Werkstücks zu überwachen. Dies ist deshalb möglich, weil eine Differenz der beiden Signale mit einer Oberflächenverbesserung korreliert. Auf diese Weise kann die Überwachung der Oberflächenverbesserung noch genauer erfolgen. In addition to the aforementioned structure-borne sound signal, a further structure-borne sound signal can be measured on a dummy workpiece and a difference between the two structure-borne sound signals can be formed in order to monitor an improvement in the surface quality of the workpiece. This is possible because a difference between the two signals correlates with a surface improvement. In this way, the surface improvement can be monitored even more precisely.
Zur Überwachung der Oberflächenverbesserung ist jedoch nicht zwingend ein zweiter Körperschallsensor beziehungsweise ein Dummywerkstück notwendig. Die Oberflächenverbesserung lässt sich auch überwachen, indem das Körperschallsignal, das zu Beginn eines Bearbeitungsprozesses auftritt, mit dem Körperschallsignal verglichen wird, das am Ende eines Bearbeitungsprozesses auftritt, insbesondere indem eine Differenz der beiden Signale gebildet wird. However, a second structure-borne sound sensor or a dummy workpiece is not absolutely necessary to monitor the surface improvement. Surface enhancement can also be monitored by using the Structure-borne sound signal that occurs at the beginning of a machining process is compared with the structure-borne sound signal that occurs at the end of a machining process, in particular by forming a difference between the two signals.
Des Weiteren kann ein Körperschallsignal, das zu Beginn eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks auftritt, mit dem Körperschallsignal verglichen werden, das am Ende eines unmittelbar vorher gefertigten Werkstücks verglichen werden, um eine erforderliche Oberflächenverbesserung zu ermitteln, insbesondere anhand einer Differenz der beiden Körperschallsignale. Basierend auf der erforderlichen Oberflächenverbesserung kann die Auswerteeinheit unter Berücksichtigung der Materialabtragsrate eine optimale Bearbeitungszeit ermitteln, nach der eine gewünschte Oberflächenverbesserung erreicht ist. Auf diese Weise kann der Bearbeitungsprozess besonders zeitoptimiert ablaufen Dies gilt selbstverständlich nur, wenn die beiden nacheinander bearbeiteten Werkstücke von gleicher Art sind. Furthermore, a structure-borne sound signal that occurs at the beginning of a machining process of a workpiece can be compared with the structure-borne sound signal that is compared at the end of a workpiece that has been manufactured immediately beforehand in order to determine a required surface improvement, in particular based on a difference between the two structure-borne sound signals. Based on the required surface improvement, the evaluation unit can determine an optimal processing time, taking into account the material removal rate, after which a desired surface improvement is achieved. In this way, the machining process can run in a particularly time-optimized manner. This of course only applies if the two workpieces machined one after the other are of the same type.
Der Austausch des Schleifmediums kann manuell oder automatisch erfolgen. Beispielsweise kann ein Benutzer eine Aufforderung erhalten, einen vorgegebenen Anteil des Schleifmediums manuell auszutauschen. Alternativ kann lediglich ein Hinweis erfolgen, dass ein Austausch des Schleifmediums stattfindet, während der automatische Austausch erfolgt. The exchange of the grinding medium can be done manually or automatically. For example, a user can receive a request to manually replace a predetermined portion of the grinding medium. Alternatively, only an indication can be given that the grinding medium is being exchanged while the automatic exchange is taking place.
Der automatische Austausch erfolgt beispielsweise durch eine Fluidfördervorrichtung, die geeignet ist, abgenutztes Schleifmedium aus der Fließläppmaschine abzuführen und unbenutztes Schleifmedium zuzuführen. The automatic exchange takes place, for example, by means of a fluid delivery device which is suitable for removing worn grinding medium from the flow lapping machine and supplying unused grinding medium.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen der Schneidleistung eines Schleifmediums, mit den folgenden Schritten: The object is also achieved according to the invention by a method for determining the cutting performance of a grinding medium, with the following steps:
Leiten eines Schleifmediums über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung eines Referenzwerkstücks, Directing a grinding medium over a surface and / or through an opening of a reference workpiece,
Messen des bei der Bearbeitung im Werkstück entstehenden Körperschalls, Measuring the structure-borne noise generated in the workpiece during machining,
Bilden eines quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals, Formation of a quadratic mean of the measured structure-borne noise signal,
Integrieren des quadratischen Mittels über die Bearbeitungszeit, Teilen des Integralwerts durch den Mediendurchfluss, und Integrating the root mean square over the processing time, Divide the integral value by the media flow, and
Bestimmen der Schneidleistung des Schleifmediums anhand des geteilten Integralwerts. Determining the cutting performance of the grinding medium based on the divided integral value.
Ein derartiges Verfahren kann dazu dienen, verschiedene Schleifmedien auf ihre Schneidleistung hin zu untersuchen, beispielsweise bei der Entwicklung neuer Schleifmedien. Such a method can be used to examine different grinding media for their cutting performance, for example when developing new grinding media.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen: Further advantages and features of the invention emerge from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:
Figuren 1 a und 1 b jeweils einen Teil einer erfindungsgemäßen Fließläppmaschine, Figures 1 a and 1 b each show a part of a flow lapping machine according to the invention,
Figur 2 den Verlauf des quadratischen Mittels eines Körperschallsignals, Figure 2 shows the course of the quadratic mean of a structure-borne noise signal,
Figur 3 einen Teilbereich einer weiteren erfindungsgemäßen Fließläppmaschine im Bereich eines Werkstückhalters, FIG. 3 shows a partial area of a further flow lapping machine according to the invention in the area of a workpiece holder,
Figur 4 eine weitere erfindungsgemäße Fließläppmaschine, FIG. 4 shows a further flow lapping machine according to the invention,
Figur 5 ein Ablaufdiagramm bei der Verarbeitung eines Körperschallsignals, FIG. 5 shows a flowchart for processing a structure-borne sound signal,
Figur 6 eine Referenzkurve, die einen gewünschten Verlauf der Materialabtragsrate beschreibt, FIG. 6 a reference curve which describes a desired course of the material removal rate,
Figur 7 einen Verlauf einer Materialabtragsrate bei der Bearbeitung eines Werkstücks, und FIG. 7 shows a profile of a material removal rate when machining a workpiece, and FIG
Figuren 8a und 8b einen Verlauf einer direkt gemessenen Materialabtragsrate und einer indirekt ermittelten Materialabtragsrate. FIGS. 8a and 8b show a profile of a directly measured material removal rate and an indirectly determined material removal rate.
Die Figuren 1 a und 1 b zeigen jeweils eine Fließläppmaschine 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 12 mit einem viskosen Schleifmedium 14 in einer Schnittdarstellung. Zur Bearbeitung des Werkstücks 12 kann das Schleifmedium 14 durch eine Öffnung 16 in dem zu bearbeitenden Werkstück 12 bewegt werden. Insbesondere bewegt sich das Schleifmedium 14 in einem Fluidhauptkanal 15, der durch die Öffnung 16 des Werkstücks 12 verläuft. FIGS. 1 a and 1 b each show a flow lapping machine 10 for processing a workpiece 12 with a viscous grinding medium 14 in a sectional view. To process the workpiece 12, the grinding medium 14 can be moved through an opening 16 in the workpiece 12 to be processed. In particular, the grinding medium 14 moves in a main fluid channel 15 which runs through the opening 16 of the workpiece 12.
Alternativ oder zusätzlich kann das Schleifmedium 14 über eine außerhalb der Öffnung 16 liegende Oberfläche des Werkstücks 12 bewegt werden, wobei der Fluidhauptkanal 15 zumindest teilweise durch die Oberfläche des Werkstücks 12 begrenzt wird. Alternatively or additionally, the grinding medium 14 can be moved over a surface of the workpiece 12 lying outside the opening 16, the main fluid channel 15 being at least partially delimited by the surface of the workpiece 12.
In den Figuren 1 a und 1 b ist die Fließläppmaschine 10 jeweils in unterschiedlichen Zuständen dargestellt, in denen das Schleifmedium 14 in entgegengesetzte Richtungen bewegt wird, wie durch Pfeile veranschaulicht ist, also hin- und her gepumpt wird. In FIGS. 1 a and 1 b, the flow lapping machine 10 is shown in different states, in which the grinding medium 14 is moved in opposite directions, as illustrated by arrows, that is to say is pumped back and forth.
Zur Halterung des Werkstücks 12 umfasst die Fließläppmaschine 10 einen Werkstückhalter 18, der zwei auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks 12 positionierbare Teile 20, 22 aufweist. Das Werkstück 12 ist bei der Bearbeitung zwischen den beiden Teilen 20, 22 des Werkstückhalters 18 z. B. axial eingespannt. To hold the workpiece 12, the flow lapping machine 10 comprises a workpiece holder 18 which has two parts 20, 22 that can be positioned on opposite sides of the workpiece 12. The workpiece 12 is during processing between the two parts 20, 22 of the workpiece holder 18 z. B. axially clamped.
Um eine besonders gute Abdichtung zu erreichen, können an den Teilen 20, 22 Dichtungen angebracht sein, die bei der Bearbeitung an dem Werkstück 12 anliegen. Die Dichtungen sind vorzugsweise Metalldichtungen oder Keramikdichtungen, Gummidichtungen würden nämlich das Körperschallsignal dämpfen. In order to achieve a particularly good seal, seals can be attached to the parts 20, 22 and bear against the workpiece 12 during machining. The seals are preferably metal seals or ceramic seals, namely rubber seals would dampen the structure-borne sound signal.
Die Fließläppmaschine 10 umfasst des Weiteren eine Medienantriebsvorrichtung 24, die geeignet ist, das Schleifmedium 14 über eine Oberfläche eines Werkstücks und/oder durch die Öffnung 16 des Werkstücks 12 hindurch zu bewegen. Dabei wird Material von dem Werkstück 12 abgetragen, wodurch die Oberfläche des Werkstücks 12 geglättet und poliert wird. The flow lapping machine 10 further comprises a media drive device 24 which is suitable for moving the grinding medium 14 over a surface of a workpiece and / or through the opening 16 of the workpiece 12. In the process, material is removed from the workpiece 12, as a result of which the surface of the workpiece 12 is smoothed and polished.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Medienantriebsvorrichtung 24 zwei Verdrängerpumpen 26, 28, wobei je nach Strömungsrichtung des Schleifmediums 14 eine der beiden Verdrängerpumpen 26, 28 das Schleifmedium 14 durch die Öffnung 16 drückt und die jeweils andere Verdrängerpumpe 26, 28 eine dem Schleifmedium 14 entgegenwirkende Vorrichtung bildet, die dem Fluss des Schleifmediums 14 entgegenwirkt. Eine Verdrängerpumpe 26, 28 hat jeweils einen Kolben 30, der in einem Zylinder 32 geführt ist. Die Medienantriebsvorrichtung 24 umfasst außerdem je Verdrängerpumpe 26, 28 ein Antriebselement 34, das beispielsweise ein hydraulisches Betätigungselement oder ein lineares Motorbetätigungselement ist. In the exemplary embodiment shown, the media drive device 24 comprises two displacement pumps 26, 28, one of the two displacement pumps 26, 28 pushing the grinding medium 14 through the opening 16, depending on the direction of flow of the grinding medium 14, and the other displacement pump 26, 28 forming a device counteracting the grinding medium 14 that counteracts the flow of the grinding medium 14. A displacement pump 26, 28 each has a piston 30 which is guided in a cylinder 32. The media drive device 24 also comprises a drive element 34 for each displacement pump 26, 28, which is, for example, a hydraulic actuation element or a linear motor actuation element.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 12 mit dem Schleifmedium 14 entstehen in diesem Körperschallwellen, insbesondere akustische und/oder elastische Wellen. Anhand der Stärke der Körperschallwellen lassen sich Rückschlüsse auf die Effektivität und den Umfang der Bearbeitung des Werkstücks 12 ziehen. Insbesondere korreliert eine Stärke der Körperschallwellen mit einer Materialabtragasrate am Werkstück 12 und/oder mit einer Schneidleistung des Schleifmediums 14. When the workpiece 12 is processed with the grinding medium 14, structure-borne sound waves, in particular acoustic and / or elastic waves, arise in it. On the basis of the strength of the structure-borne sound waves, conclusions can be drawn about the effectiveness and the scope of the machining of the workpiece 12. In particular, a strength of the structure-borne sound waves correlates with a material removal rate on the workpiece 12 and / or with a cutting performance of the grinding medium 14.
Die Schneidleistung des Schleifmediums 14 wird in der Einheit Millivolt- Sekunden pro Liter [mV.s/l] angegeben. The cutting performance of the grinding medium 14 is indicated in the unit millivolt seconds per liter [mV.s / l].
Die Schneidleistung gibt an, wieviel Material pro Liter des über das Werkstück 12 bewegten Schleifmediums 14 abgetragen wird. The cutting performance indicates how much material is removed per liter of the grinding medium 14 moved over the workpiece 12.
Um die Körperschallwellen zu messen, umfasst die Fließläppmaschine 10 einen Körperschallsensor 36, der mit dem zu bearbeitenden Werkstück 12 in Kontakt ist. In order to measure the structure-borne sound waves, the flow lapping machine 10 comprises a structure-borne sound sensor 36 which is in contact with the workpiece 12 to be machined.
Des Weiteren umfasst die Fließläppmaschine 10 eine insbesondere elektronische Auswerteeinheit 38. Die Auswerteeinheit 38 kann das vom Körperschallsensor 36 gemessene Körperschallsignal empfangen und insbesondere mittels einer Software das quadratische Mittel des Körperschallsignals bilden und dieses über die Zeit integrieren. Alternativ kann die Auswerteeinheit 38 beispielsweise von einem Verstärker bereits das quadratische Mittel des Körperschallsignals empfangen. Das Körperschallsignal wird beispielsweise in Millivolt oder Milliampere gemessen. Furthermore, the flow lapping machine 10 comprises an especially electronic evaluation unit 38. The evaluation unit 38 can receive the structure-borne noise signal measured by the structure-borne noise sensor 36 and in particular form the square mean of the structure-borne noise signal using software and integrate this over time. Alternatively, the evaluation unit 38 can already receive the root mean square of the structure-borne noise signal from an amplifier, for example. The structure-borne sound signal is measured in millivolts or milliamps, for example.
Zur Auswertung des Körperschallsignals wird dieses vorzugsweise gleichgerichtet, bevor das quadratische Mittel gebildet wird. To evaluate the structure-borne noise signal, it is preferably rectified before the square mean is formed.
Der Verlauf des quadratischen Mittels des Körperschallsignals in Millivolt über die Zeit in Sekunden ist für einen Bearbeitungsvorgang beispielhaft in Figur 2 gezeigt. Zudem ist die Auswerteeinheit 38 geeignet, um anhand eines Integralwerts des quadratischen Mittels des von dem Körperschallsensor 36 gemessenen Körperschalls über die Zeit auf eine Schneidleistung des Schleifmediums 14 und/oder eine Materialabtragsrate am Werkstück 12 zu schließen. The course of the quadratic mean of the structure-borne noise signal in millivolts over time in seconds is shown in FIG. 2 as an example for a machining process. In addition, the evaluation unit 38 is suitable for inferring a cutting performance of the grinding medium 14 and / or a material removal rate on the workpiece 12 based on an integral value of the square mean of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor 36 over time.
Um auf die Materialabtragsrate oder die Schneidleistung zu schließen, wird in der Auswerteeinheit 38 insbesondere zunächst der Materialabtrag anhand des gebildeten Integrals festgestellt. Der Integralwert ist nämlich spezifisch für einen bestimmten Materialabtrag. In order to infer the material removal rate or the cutting performance, the evaluation unit 38 in particular first of all determines the material removal based on the integral formed. The integral value is specifically specific for a certain amount of material removed.
Zur Bestimmung der Materialabtragsrate ist die Auswerteeinheit 38 eingerichtet, den Materialabtrag in Verhältnis zur Bearbeitungszeit zu setzen. In order to determine the material removal rate, the evaluation unit 38 is set up to set the material removal in relation to the processing time.
Zur Bestimmung der Schneidleistung ist die Auswerteeinheit 38 eingerichtet, den Integralwert durch den Mediendurchfluss zu teilen. To determine the cutting performance, the evaluation unit 38 is set up to divide the integral value by the media flow.
Zur Auswertung des Körperschallsignals kann eine Look-Up-Tabelle 39 in der Auswerteeinheit 38 hinterlegt sein, aus der anhand des Integralwerts des quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals über die Zeit ein Materialabtrag am Werkstück 12 und/oder eine Schneidleistung des Schleifmediums 14 abgelesen werden kann. Eine derartige Look-Up-Tabelle 39 ist nachfolgend in Figur 5 veranschaulicht. To evaluate the structure-borne noise signal, a look-up table 39 can be stored in the evaluation unit 38, from which a material removal on the workpiece 12 and / or a cutting performance of the grinding medium 14 can be read over time based on the integral value of the square mean of the measured structure-borne noise signal. Such a look-up table 39 is illustrated below in FIG.
Die Fließläppmaschine 10 umfasst des Weiteren eine Kontrolleinheit 40, die geeignet ist, mindestens einen Prozessparameter basierend auf der von der Auswerteeinheit 38 ermittelten Schneidleistung und/oder Materialabtragsrate anzupassen, insbesondere während der Bearbeitung eines Werkstücks 12. Dadurch ist es möglich, auf eine veränderte Schneidleistung des Schleifmediums 14 und/oder auf sonstige Schwankungen im Bearbeitungsprozess, zum Beispiel auf Temperaturschwankungen, zu reagieren. The flow lapping machine 10 further comprises a control unit 40 which is suitable for adapting at least one process parameter based on the cutting performance and / or material removal rate determined by the evaluation unit 38, in particular during the processing of a workpiece 12. This makes it possible to respond to a changed cutting performance of the Grinding medium 14 and / or to other fluctuations in the machining process, for example to temperature fluctuations.
Die von der Kontrolleinheit 40 anpassbaren Prozessparameter sind beispielsweise eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums 14, ein Fluiddruck des Schleifmediums 14, ein Gegendruck auf das Schleifmedium 14 und/oder eine Temperatur des Schleifmediums 14. The process parameters that can be adjusted by the control unit 40 are, for example, a flow rate of the grinding medium 14, a fluid pressure of the grinding medium 14, a counter pressure on the grinding medium 14 and / or a temperature of the grinding medium 14.
Die genannten Prozessparameter können, mit Ausnahme der Temperatur des Schleifmediums 14, mittels der Medienantriebsvorrichtung 24 eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann eine Stellung der beiden Verdrängerpumpen 26, 28 zueinander und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Verdrängerpumpen 26, 28 angepasst werden. With the exception of the temperature of the grinding medium 14, the process parameters mentioned can be set by means of the media drive device 24. For this purpose, a position of the two displacement pumps 26, 28 relative to one another and / or a movement speed of the individual displacement pumps 26, 28 can be adapted.
Wenn beispielsweise der Abstand der Verdrängerpumpen 26, 28 beziehungsweise der Kolben 30 zueinander verringert wird, wird der Fluiddruck des Schleifmediums 14 erhöht. Dadurch werden die Schleifpartikel des Schleifmediums 14 mit einer höheren Anpresskraft gegen die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 12 gepresst und eine Materialabtragsrate kann erhöht werden. If, for example, the distance between the displacement pumps 26, 28 or the pistons 30 is reduced, the fluid pressure of the grinding medium 14 is increased. As a result, the grinding particles of the grinding medium 14 are pressed with a higher contact pressure against the surface of the workpiece 12 to be machined and a material removal rate can be increased.
Durch eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit kann die Materialabtragsrate ebenfalls erhöht werden, da in der gleichen Zeit mehr Schleifpartikel über die Oberfläche des Werkstücks 12 bewegt werden. By increasing the flow speed, the material removal rate can also be increased, since more grinding particles are moved over the surface of the workpiece 12 in the same time.
Wenn die Kolben 30 der beiden Verdrängerpumpen 26, 28 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden, insbesondere wenn ein in Strömungsrichtung stromaufwärts gelagerter Kolben 30 langsamer bewegt wird als ein stromabwärts gelagerter Kolben 30 oder seiner Bewegung ein höherer Widerstand entgegengebracht wird, kann ein Gegendruck auf das Schleifmedium 14 erhöht werden. Ob ein Kolben 30 stromaufwärts oder stromabwärts gelagert ist, hängt dabei jeweils von der aktuellen Strömungsrichtung des Schleifmediums 14 ab, die sich nach jedem Bearbeitungszyklus ändert. If the pistons 30 of the two displacement pumps 26, 28 are moved at different speeds, in particular if a piston 30 positioned upstream in the flow direction is moved more slowly than a piston 30 positioned downstream, or if its movement is met with a higher resistance, a counter pressure on the grinding medium 14 increase. Whether a piston 30 is mounted upstream or downstream depends in each case on the current direction of flow of the grinding medium 14, which changes after each machining cycle.
Zum Anpassen der Temperatur des Schleifmediums 14 kann zusätzlich eine Heiz- und/oder eine Kühlmanschette oder Ähnliches vorgesehen sein. Die Heiz- beziehungsweise die Kühlmanschette ist beispielsweise um den Zylinder 32 herum angeordnet. In order to adapt the temperature of the grinding medium 14, a heating and / or a cooling sleeve or the like can additionally be provided. The heating or cooling sleeve is arranged around the cylinder 32, for example.
Bei dem in den Figuren 1 a und 1 b veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Körperschallsensor 36 in direktem Kontakt mit dem Werkstück 12. In the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 a and 1 b, the structure-borne noise sensor 36 is in direct contact with the workpiece 12.
Es ist jedoch auch denkbar, dass der Körperschallsensor 36 indirekt mit dem Werkstück 12 in Kontakt ist insbesondere über ein zusätzliches Bauteil 42 wie beispielsweise eine Aluminiumscheibe. Dies ist in Figur 3 schematisch veranschaulicht, wobei der Einfachheit halber lediglich der Bereich um das Werkstück 12 herum gezeigt ist. Das zusätzliche Bauteil 42 kann dabei Bestandteil des Werkstückhalters 18 sein. Figur 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Fließläppmaschine 10. Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede der jeweiligen Ausführungsformen eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. However, it is also conceivable that the structure-borne noise sensor 36 is in indirect contact with the workpiece 12, in particular via an additional component 42 such as an aluminum disc. This is illustrated schematically in FIG. 3, only the area around the workpiece 12 being shown for the sake of simplicity. The additional component 42 can be part of the workpiece holder 18. FIG. 4 shows a further flow lapping machine 10 according to the invention. For the same structures with the same functions that are known from the above embodiment, the same reference symbols are used below and reference is made to the preceding explanations, the differences between the respective embodiments being discussed below to avoid repetition.
Bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform umfasst die Fließläppmaschine 10 einen Bypasskanal 46, der parallel zu dem Fluidhauptkanal 15 verläuft, welcher in Figur 4 nicht sichtbar ist. In the embodiment shown in FIG. 4, the flow lapping machine 10 comprises a bypass channel 46 which runs parallel to the main fluid channel 15, which is not visible in FIG.
Das Werkstück 12 ist in diesem Fall ein Dummywerkstück 12a, das in dem Bypasskanal 46 angeordnet ist. In this case, the workpiece 12 is a dummy workpiece 12 a which is arranged in the bypass channel 46.
Der Fluidhauptkanal 15 erstreckt sich im veranschaulichten Ausführungsbeispiel durch die Öffnung 16 eines zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstücks 12b. The main fluid channel 15 extends in the illustrated embodiment through the opening 16 of an additional workpiece 12b to be machined.
Alternativ kann sich der Fluidhauptkanal 15, wie vorhergehend bereits erwähnt, über eine Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 12b erstrecken. Alternatively, as already mentioned above, the main fluid channel 15 can extend over a surface of the workpiece 12b to be machined.
Die Fließläppmaschine 10 kann in diesem Fall zwei Körperschallsensoren 36 umfassen, wobei im Betrieb der Fließläppmaschine 10 sowohl an dem Dummywerkstück 12a im Bypasskanal 46 als auch an dem zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstück 12b ein Körperschallsensor 36 positioniert ist. Dadurch kann der Bearbeitungsprozess noch genauer überwacht werden. In this case, the flow lapping machine 10 can comprise two structure-borne sound sensors 36, with a structure-borne sound sensor 36 being positioned both on the dummy workpiece 12a in the bypass channel 46 and on the additional workpiece 12b to be processed when the flow lapping machine 10 is in operation. This allows the machining process to be monitored even more precisely.
Ein derartiger Aufbau der Fließläppmaschine ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das zu bearbeitende Werkstück 12b derart geformt ist, dass sich der Körperschallsensor 36 nicht ordnungsgemäß an dem Werkstück 12b montieren lässt, insbesondere wenn das Werkstück 12b relativ klein ist. Such a construction of the flow lapping machine is particularly advantageous if the workpiece 12b to be machined is shaped such that the structure-borne noise sensor 36 cannot be properly mounted on the workpiece 12b, in particular if the workpiece 12b is relatively small.
Ein weiterer Vorteil eines derartigen Aufbaus der Fließläppmaschine ist, dass anhand des am Dummywerkstück 12a gemessenen Körperschallsignals die Schneidleistung des Schleifmediums 14 unabhängig von der Materialabtragsrate bestimmt werden kann. Zudem kann anhand eines derartigen Aufbaus die Oberflächenverbesserung besonders genau überwacht werden, indem eine Differenz des am Dummywerkstücks 12a und an dem zu bearbeitenden Werkstück 12b gemessenen Körperschallsignals gebildet wird. Diese Differenz korreliert mit der Oberflächenverbesserung. Another advantage of such a construction of the flow lapping machine is that the cutting performance of the grinding medium 14 can be determined independently of the material removal rate on the basis of the structure-borne noise signal measured on the dummy workpiece 12a. In addition, with the aid of a structure of this type, the surface improvement can be monitored particularly precisely by determining a difference between the workpiece 12a and the workpiece to be machined 12b measured structure-borne sound signal is formed. This difference correlates with the surface improvement.
Das Dummywerkstück 12a ist vorzugsweise aus einem härteren Material als das Werkstück 12b. Dadurch wird am Dummywerkstück 12a kein oder nur wenig Material abgetragen und es kann für eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen in der Fließläppmaschine 10 verbleiben. The dummy workpiece 12a is preferably made of a harder material than the workpiece 12b. As a result, little or no material is removed from the dummy workpiece 12a and it can remain in the flow lapping machine 10 for a large number of machining operations.
Zur Halterung des Dummywerstücks 12a ist vorzugsweise ein der Einfachheit halber nicht dargestellter Werkstückhalter vorgesehen, der wie der Werkstückhalter 18 ausgebildet ist. To hold the dummy workpiece 12a, a workpiece holder, not shown for the sake of simplicity, is preferably provided, which is designed like the workpiece holder 18.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann lediglich an dem Dummywerkstück 12a ein Körperschallsensor 36 angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das zusätzlich zu bearbeitende Werkstück 12b entweder zu klein ist oder derart geformt ist, dass sich der Körperschallsensor 36 nicht ordentlich an dem Werkstück 12b positionieren lässt. In a further embodiment, not shown, a structure-borne sound sensor 36 can only be arranged on the dummy workpiece 12a. This is the case in particular if the workpiece 12b to be additionally processed is either too small or is shaped in such a way that the structure-borne noise sensor 36 cannot be properly positioned on the workpiece 12b.
Figur 5 veranschaulicht die Verarbeitung eines Körperschallsignals, das von dem Körperschallsensor 36 gemessen wurde. FIG. 5 illustrates the processing of a structure-borne sound signal that was measured by the structure-borne sound sensor 36.
Das Körperschallsignal wird zunächst als Rohsignal 37 vom Körperschallsensor 36 ausgegeben. The structure-borne sound signal is first output as a raw signal 37 by the structure-borne sound sensor 36.
Anschließend wird das Rohsignal 37 in einem Gleichrichter 41 gleichgerichtet, der Bestandteil der Auswerteeinheit 38 sein kann. The raw signal 37 is then rectified in a rectifier 41, which can be part of the evaluation unit 38.
In Figur 5 ist außerdem veranschaulicht, dass die Auswerteeinheit 38 einen Verstärker 48 zur Verstärkung des vom Körperschallsensor 36 gemessenen Körperschallsignals aufweisen kann. FIG. 5 also shows that the evaluation unit 38 can have an amplifier 48 for amplifying the structure-borne sound signal measured by the structure-borne sound sensor 36.
Des Weiteren weist die Auswerteeinheit 38 optional einen Filter, insbesondere einen HP-Filter 50 und/oder einen Bandbreitenfilter 52 zum Herausfiltern von Maschinenfrequenzen aus dem vom Körperschallsensor 36 gemessenen Signal auf. Furthermore, the evaluation unit 38 optionally has a filter, in particular an HP filter 50 and / or a bandwidth filter 52 for filtering out machine frequencies from the signal measured by the structure-borne noise sensor 36.
Der Gleichrichter 41 , der HP-Filter 50, der Verstärker 48 und der Bandbreitenfilter 52 sind beispielsweise in einem sogenannten Schallemissions- Koppler enthalten, die zum Beispiel unter dem Handelsnamen Piezotron® Kuppler vertrieben werden. Derartige Schallemissions-Koppler haben bereits einen integrierten RMS-Wandler zur Auswertung des Körperschallsignals. Das heißt, ein solcher Schallemissions-Koppler kann bereits das quadratische Mittel des Körperschallsignals ermitteln und zur weiteren Auswertung in der Auswerteeinheit 38 bereitstellen. Zusätzlich kann das Rohsignal des Körperschallsignals bereitgestellt werden. The rectifier 41, the HP filter 50, the amplifier 48 and the bandwidth filter 52 are contained, for example, in what is known as an acoustic emission coupler, which is available under the trade name Piezotron® coupler, for example to be expelled. Such acoustic emission couplers already have an integrated RMS converter for evaluating the structure-borne noise signal. That is to say, such a sound emission coupler can already determine the root mean square of the structure-borne sound signal and make it available in the evaluation unit 38 for further evaluation. In addition, the raw signal of the structure-borne noise signal can be provided.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags und/oder einer Materialabtragsrate an einem Werkstück 12, 12a, 12b bei Bearbeitung des Werkstücks 12, 12a, 12b in einer Fließläppmaschine 10 und/oder zum Bestimmen einer Schneidleistung des Schleifmediums 14 erläutert, insbesondere bei der Bearbeitung des Werkstücks 12, 12a, 12b ein einer wie in Zusammenhang mit Figuren 1 bis 4 beschriebenen Fließläppmaschine 10. A method according to the invention for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece 12, 12a, 12b when machining the workpiece 12, 12a, 12b in a flow lapping machine 10 and / or for determining a cutting performance of the grinding medium 14 is explained, in particular in the Machining of the workpiece 12, 12a, 12b in a flow lapping machine 10 as described in connection with FIGS. 1 to 4.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks 12 wird ein Schleifmediums 14 über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung 16 des zu bearbeitenden Werkstücks 12, 12a, 12b geleitet. Dies erfolgt insbesondere mittels der vorhergehend beschriebenen Medienantriebsvorrichtung 24. When machining a workpiece 12, a grinding medium 14 is passed over a surface and / or through an opening 16 of the workpiece 12, 12a, 12b to be machined. This takes place in particular by means of the media drive device 24 described above.
Dabei wird der bei der Bearbeitung im Werkstück 12, 12a, 12b entstehende Körperschalls gemessen, insbesondere mit dem Körperschallsensor 36. The structure-borne noise generated in the workpiece 12, 12a, 12b during machining is measured, in particular with the structure-borne noise sensor 36.
Anschließend wird in der Auswerteeinheit 38, insbesondere in einem Schallemissions-Koppler, das quadratische Mittels des gemessenen Körperschallsignals TR S ermittelt. The quadratic mean of the measured structure-borne noise signal T R S is then determined in the evaluation unit 38, in particular in a sound emission coupler.
Nachfolgend wird das quadratische Mittel über die Bearbeitungszeit integriert. In the following, the quadratic mean is integrated over the processing time.
Anhand des gebildeten Integrals kann dann der Materialabtrag und/oder die Materialabtragsrate am Werkstück 12, 12a, 12b bestimmt werden. The material removal and / or the material removal rate on the workpiece 12, 12a, 12b can then be determined on the basis of the integral formed.
Alternativ oder zusätzlich zum Materialabtrag und/oder zur Materialabtragsrate kann anhand des gebildeten Integrals eine Schneidleistung des Schleifmediums 14 bestimmt werden. As an alternative or in addition to the material removal and / or the material removal rate, a cutting performance of the grinding medium 14 can be determined on the basis of the integral formed.
Zusätzlich zum Integralwert kann auch das Rohsignal 37 des Körperschallsignals ausgegeben werden. Wenn die bei der Bearbeitung des Werkstücks 12, 12a, 12b gemessene Materialabtragsrate um mehr als einen definierten Toleranzwert von einer gewünschten Materialabtragsrate abweicht, wird vorzugsweise mindestens ein Prozessparameter angepasst. In addition to the integral value, the raw signal 37 of the structure-borne noise signal can also be output. If the material removal rate measured during the machining of the workpiece 12, 12a, 12b deviates from a desired material removal rate by more than a defined tolerance value, at least one process parameter is preferably adapted.
Insbesondere wird basierend auf einer Materialabtragsrate mindestens einer der folgenden Prozessparameter eingestellt: eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums 14, ein Fluiddruck des Schleifmediums 14, ein Gegendruck auf das Schleifmedium 14 und/oder eine Temperatur des Schleifmediums 14. In particular, based on a material removal rate, at least one of the following process parameters is set: a flow rate of the grinding medium 14, a fluid pressure of the grinding medium 14, a counter pressure on the grinding medium 14 and / or a temperature of the grinding medium 14.
Um besonders einfach feststellen zu können, ob die Materialabtragsrate in einem gewünschten Bereich verläuft, wird vorzugsweise eine Referenzkurve erstellt, die einen gewünschten Verlauf der Materialabtragsrate beschreibt. In order to be able to determine in a particularly simple manner whether the material removal rate runs in a desired range, a reference curve is preferably created which describes a desired course of the material removal rate.
Die Referenzkurve wird beispielsweise erstellt, indem ein Verlauf der Materialabtragsrate eines bearbeiteten Werkstücks 12, 12a, 12b bei der Bearbeitung aufgezeichnet wird. Das bearbeitete Werkstück 12, 12a, 12b wird anschließend einer Qualitätsprüfung und einer Messung des Abtrags unterzogen. Wenn das Werkstück 12, 12a, 12b für in Ordnung befunden wurde, wird die aufgezeichnete Materialabtragsrate als Referenzkurve in der Auswerteeinheit 38 gespeichert. The reference curve is created, for example, by recording a course of the material removal rate of a machined workpiece 12, 12a, 12b during machining. The machined workpiece 12, 12a, 12b is then subjected to a quality check and a measurement of the removal. If the workpiece 12, 12a, 12b has been found to be in order, the recorded material removal rate is stored as a reference curve in the evaluation unit 38.
Eine solche Referenzkurve ist in Figur 6 veranschaulicht. Dabei ist der Verlauf der Materialabtragsrate über die Zeit aufgetragen. Such a reference curve is illustrated in FIG. The course of the material removal rate is plotted over time.
Zusätzlich wird ein Toleranzbereich um die Referenzkurve festgelegt, innerhalb dessen sich die Materialabtragsrate bewegen soll. Der Toleranzbereich ist in Figur 6 durch gestrichelte Linien um die Referenzkurve veranschaulicht. In addition, a tolerance range is defined around the reference curve within which the material removal rate should move. The tolerance range is illustrated in FIG. 6 by dashed lines around the reference curve.
Wird bei der Bearbeitung eines Werkstücks 12, 12a, 12b festgestellt, dass der tatsächliche Verlauf der Materialabtragsrate außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wird beispielsweise mindestens ein Prozessparameter bei der Bearbeitung des Werkstücks 12, 12a, 12b angepasst. Dadurch soll erreicht werden, dass die Materialabtragsrate wieder dem Verlauf der Referenzkurve folgt. Genauer gesagt soll erreicht werden, dass das bearbeitete Werkstück 12, 12a, 12b nach abgeschlossener Bearbeitung qualitativ in Ordnung ist. Wenn das Schleifmedium 14 jedoch über ein gewisses Maß hinaus abgenutzt ist, das heißt, wenn eine Schneidleistung des Schleifmediums 14 deutlich abgenommen hat, kann der Verlauf der Materialabtragsrate durch die Variation von Prozessparametern nur noch geringfügig beeinflusst werden. Eine effektive Bearbeitung eines Werkstücks 12, 12a, 12b, die zu einem qualitativ akzeptablen Ergebnis führt, ist dann nicht mehr möglich. If, when machining a workpiece 12, 12a, 12b, it is established that the actual progression of the material removal rate is outside the tolerance range, at least one process parameter is adapted, for example, when machining the workpiece 12, 12a, 12b. This is intended to ensure that the material removal rate follows the course of the reference curve again. More precisely, the aim is to ensure that the machined workpiece 12, 12a, 12b is qualitatively in order after machining has been completed. However, if the grinding medium 14 is worn to a certain extent, that is, if a cutting performance of the grinding medium 14 has significantly decreased, the course of the material removal rate can only be influenced slightly by the variation of process parameters. Effective machining of a workpiece 12, 12a, 12b, which leads to a qualitatively acceptable result, is then no longer possible.
Daher erfolgt vorzugsweise basierend auf einer Materialabtragsrate eine Aufforderung zum Austausch zumindest eines Teils des Schleifmediums 14, insbesondere dann, wenn die tatsächliche Materialabtragsrate unterhalb des Toleranzbereichs verläuft, wie beispielsweise in Figur 7 gezeigt. Therefore, based on a material removal rate, a request is made to replace at least part of the grinding medium 14, in particular if the actual material removal rate is below the tolerance range, as shown in FIG. 7, for example.
Aus den Figuren 6 und 7 ist außerdem ersichtlich, dass sich die Materialabtragsrate gegen Ende der Bearbeitungszeit einem konstanten Wert annähert. Die Differenz zwischen einem Maximalwert, der zu Beginn der Bearbeitungszeit auftritt und dem Endwert zum Ende der Bearbeitungszeit beschreibt die erreichte Oberflächenverbesserung. It can also be seen from FIGS. 6 and 7 that the material removal rate approaches a constant value towards the end of the machining time. The difference between a maximum value that occurs at the beginning of the machining time and the end value at the end of the machining time describes the surface improvement achieved.
Um eine optimale Bearbeitungsdauer eines Werkstücks 12, 12b zu ermitteln, kann zu Beginn eines Bearbeitungsprozesses der Endwerte der Materialabtragsrate eines bereits bearbeiteten Werkstücks 12, 12b mit dem Maximalwert eines nachfolgend gefertigten Werkstücks verglichen werden, insbesondere die Differenz gebildet werden. Die Differenz korreliert in diesem Fall mit der gewüschten Oberflächenverbesserung. In order to determine an optimal machining time for a workpiece 12, 12b, at the beginning of a machining process the end values of the material removal rate of an already machined workpiece 12, 12b can be compared with the maximum value of a subsequently manufactured workpiece, in particular the difference can be calculated. In this case, the difference correlates with the desired surface improvement.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Schneidleistung eines Schleifmediums 14 bestimmt werden, indem Schleifmediums 14 über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung eines Referenzwerkstücks 12 geleitet wird, der im Referenzwerkstück 12 entstehende Körperschall gemessen und das quadratische Mittel des gemessenen Körperschallsignals gemessen wird. Anschließend wird das Integral über das quadratische Mittel gebildet und der Integralwert wird durch den Mediendurchfluss des Schneidmediums 14 geteilt. Anhand des geteilten Integralwerts kann die Schneidleistung des Schleifmediums 14 ermittelt werden. Dadurch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung beziehungsweise zur Entwicklung neuer Schleifmedien. Wenn lediglich die Schneidleistung eines Schleifmediums 14 untersucht werden soll, ohne dass dabei ein Werkstück hergestellt werden soll, wird in der Fließläppmaschine 10 üblicherweise lediglich ein Dummywerkstück 12a beziehungsweise ein Referenzwerkstück angeordnet. Figuren 8a und 8b veranschaulichen graphisch einen Verlauf einer direkt gemessenen Materialabtragsrate über eine Anzahl von Bearbeitungszyklen (Figur 8a) und einen Verlauf einer indirekt ermittelten Materialabtragsrate, das heißt einen Verlauf des Integralwerts des quadratischen Mittels des Körperschallsignals über die Anzahl von Bearbeitungszylken (Figur 8b). Die direkt gemessene Materialabtragsrate ist dabei in mg/L angegeben. Die indirekt gemessene Materialabtragsrate ist in mV.s/L angegeben. According to a further inventive method, a cutting performance of a grinding medium 14 can be determined in that grinding medium 14 is passed over a surface and / or through an opening of a reference workpiece 12, the structure-borne sound generated in the reference workpiece 12 is measured and the root mean square of the measured structure-borne sound signal is measured. The integral is then formed over the root mean square and the integral value is divided by the medium flow rate of the cutting medium 14. The cutting performance of the grinding medium 14 can be determined on the basis of the divided integral value. As a result, the method according to the invention is suitable for investigating or developing new grinding media. If only the cutting performance of a grinding medium 14 is to be examined without a workpiece being produced in the process, only a dummy workpiece 12a or a reference workpiece is usually arranged in the flow lapping machine 10. FIGS. 8a and 8b graphically illustrate a profile of a directly measured material removal rate over a number of machining cycles (FIG. 8a) and a profile of an indirectly determined material removal rate, i.e. a profile of the integral value of the root mean square of the structure-borne noise signal over the number of machining cycles (FIG. 8b). The material removal rate measured directly is given in mg / L. The material removal rate measured indirectly is given in mV.s / L.
Dabei ist die Materialabtragsrate beziehungsweise der Integralwert für jeden Bearbeitungszyklus einzeln ermittelt. Ein Bearbeitungszyklus entspricht insbesondere einem Zyklus, in dem das Schleifmedium 14 von der Medienantriebsvorrichtung 24 in eine Strömungsrichtung bewegt wird. The material removal rate or the integral value is determined individually for each processing cycle. A processing cycle corresponds in particular to a cycle in which the grinding medium 14 is moved by the media drive device 24 in a flow direction.
Aus den Figuren 8a und 8b geht hervor, dass der Verlauf der direkt gemessenen Materialabtragsrate stark mit dem Verlauf des Integralwerts über die Bearbeitungszyklen korreliert. Somit wird deutlich, dass anhand des Integralwerts des quadratischen Mittels des von dem Körperschallsensor 36 gemessenen Körperschalls über die Zeit auf eine Schneidleistung des Schleifmediums 14 und/oder eine Materialabtragsrate am Werkstück 12 geschlossen werden kann. It can be seen from FIGS. 8a and 8b that the course of the directly measured material removal rate correlates strongly with the course of the integral value over the machining cycles. It is thus clear that a cutting performance of the grinding medium 14 and / or a material removal rate on the workpiece 12 can be deduced from the integral value of the root mean square of the structure-borne noise measured by the structure-borne noise sensor 36 over time.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Fließläppmaschine (10) zum Bewegen von Schleifmedien (14) über eine Oberfläche eines Werkstücks (12) und/oder durch die Öffnung (16) eines Werkstücks (12) hindurch, mit einer Medienantriebsvorrichtung (24), die geeignet ist, das Schleifmedium (14) über eine Oberfläche eines Werkstücks (12) und/oder durch die Öffnung (16) des Werkstücks (12) in einer Strömungsrichtung hindurch zu bewegen, mit einem Werkstückhalter (18) zur Halterung des Werkstücks (12), mit zwei auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks (12) positionierbaren Teilen (20, 22), mit einem Körperschallsensor (36) zum Messen von Körperschall, der bei der Bearbeitung eines Werkstücks (12) mit einem Schleifmedium (14) in diesem erzeugt wird, und mit einer Auswerteeinheit (38), die geeignet ist, um anhand eines Integralwerts des quadratischen Mittels des von dem Körperschallsensor (36) gemessenen Körperschalls über die Zeit auf eine Schneidleistung des Schleifmediums (14) und/oder eine Materialabtragsrate am Werkstück (12) zu schließen. 1 . Flow lapping machine (10) for moving abrasive media (14) over a surface of a workpiece (12) and / or through the opening (16) of a workpiece (12), with a media drive device (24) which is suitable for carrying the abrasive medium (14 ) to move over a surface of a workpiece (12) and / or through the opening (16) of the workpiece (12) in a flow direction, with a workpiece holder (18) for holding the workpiece (12), with two on opposite sides of the Workpiece (12) positionable parts (20, 22), with a structure-borne noise sensor (36) for measuring structure-borne noise, which is generated in the machining of a workpiece (12) with a grinding medium (14), and with an evaluation unit (38) which is suitable to use an integral value of the root mean square of the structure-borne sound measured by the structure-borne sound sensor (36) over time to a cutting performance of the grinding medium (14) and / or a material removal rate on the workpiece (12) conclude.
2. Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (38) eine Look-Up-Tabelle (39) hinterlegt ist, aus der anhand des Integralwerts des quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals über die Zeit ein Materialabtrag am Werkstück (12) und/oder eine Schneidleistung des Schleifmediums (14) abgelesen werden kann. 2. Flow lapping machine (10) according to claim 1, characterized in that a look-up table (39) is stored in the evaluation unit (38) from which a material removal on the workpiece based on the integral value of the square mean of the measured structure-borne noise signal over time (12) and / or a cutting performance of the grinding medium (14) can be read.
3. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (38) einen Verstärker (48) zum Verstärken des vom Körperschallsensor (36) gemessenen Signals aufweist. 3. Flow lapping machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (38) has an amplifier (48) for amplifying the signal measured by the structure-borne noise sensor (36).
4. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (38) mindestens einen Filter (52) zum Herausfiltern von Maschinenfrequenzen aus dem vom Körperschallsensor (36) gemessenen Signal aufweist. 4. Flow lapping machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (38) has at least one filter (52) for filtering out machine frequencies from the signal measured by the structure-borne noise sensor (36).
5. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschallsensor (36) im Betrieb der Fließläppmaschine (10) direkt oder indirekt mit dem Werkstück (12) in Kontakt ist. 5. Flow lapping machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the structure-borne sound sensor (36) is in direct or indirect contact with the workpiece (12) during operation of the flow lapping machine (10).
6. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließläppmaschine (10) einen Bypasskanal (46) umfasst, der parallel zu einem Fluidhauptkanal (15) verläuft, und dass das Werkstück (12) ein Dummywerkstück (12a) ist, das in dem Bypasskanal (46) angeordnet ist, wobei sich der Fluidhauptkanal (15) über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung (16) eines zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstücks (12b) erstreckt. 6. Flow lapping machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow lapping machine (10) comprises a bypass channel (46) which runs parallel to a main fluid channel (15), and that the workpiece (12) is a dummy workpiece (12a) which is arranged in the bypass channel (46), the main fluid channel (15) extending over a surface and / or through an opening (16) of an additional workpiece (12b) to be machined.
7. Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließläppmaschine (10) zwei Körperschallsensoren (36) umfasst, wobei im Betrieb der Fließläppmaschine (10) sowohl an dem Dummywerkstück (12a) im Bypasskanal (46) als auch an dem zusätzlichen zu bearbeitenden Werkstück (12b) ein Körperschallsensor (36) positioniert ist. 7. flow lapping machine (10) according to claim 6, characterized in that the flow lapping machine (10) comprises two structure-borne sound sensors (36), wherein during operation of the flow lapping machine (10) both on the dummy workpiece (12a) in the bypass channel (46) and on the In addition to the workpiece (12b) to be machined, a structure-borne sound sensor (36) is positioned.
8. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließläppmaschine (10) eine Kontrolleinheit (40) umfasst, die geeignet ist, mindestens einen Prozessparameter basierend auf der von der Auswerteeinheit (3) ermittelten Schneidleistung und/oder Materialabtragsrate anzupassen, insbesondere während der Bearbeitung eines Werkstücks (12). 8. flow lapping machine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow lapping machine (10) comprises a control unit (40) which is suitable for determining at least one process parameter based on the cutting performance and / or material removal rate determined by the evaluation unit (3) adapt, in particular while machining a workpiece (12).
9. Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Kontrolleinheit (40) anpassbaren Prozessparameter eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums (14), ein Fluiddruck des Schleifmediums (14), ein Gegendruck auf das Schleifmedium (14) und/oder eine Temperatur des Schleifmediums (14) sind. 9. Flow lapping machine (10) according to claim 8, characterized in that the process parameters that can be adjusted by the control unit (40) include a flow rate of the grinding medium (14), a fluid pressure of the grinding medium (14), a counter pressure on the grinding medium (14) and / or are a temperature of the grinding medium (14).
10. Fließläppmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließläppmaschine (10) eine Fluidfördervorrichtung aufweist, die geeignet ist, abgenutztes Schleifmedium aus der Fließläppmaschine (10) abzuführen und unbenutztes Schleifmedium zuzuführen. 10. flow lapping machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow lapping machine (10) has a fluid conveying device which is suitable for removing worn grinding medium from the flow lapping machine (10) and supplying unused grinding medium.
1 1 . Verfahren zum Ermitteln eines Materialabtrags und/oder einer Materialabtragsrate an einem Werkstück (12) bei Bearbeitung des Werkstücks (12) in einer Fließläppmaschine (10), mit den folgenden Schritten: 1 1. Method for determining a material removal and / or a material removal rate on a workpiece (12) when machining the workpiece (12) in a flow lapping machine (10), with the following steps:
Leiten eines Schleifmediums (14) über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung (16) eines zu bearbeitenden Werkstücks (12), Guiding a grinding medium (14) over a surface and / or through an opening (16) of a workpiece (12) to be machined,
Messen des bei der Bearbeitung im Werkstück (12) entstehenden Körperschalls, Measuring the structure-borne noise generated in the workpiece (12) during machining,
Bilden eines quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals, Formation of a quadratic mean of the measured structure-borne noise signal,
Integrieren des quadratischen Mittels über die Bearbeitungszeit, und Integrate the root mean square over the processing time, and
Bestimmen des Materialabtrags und/oder der Materialabtragsrate am Werkstück (12) anhand des gebildeten Integrals. Determination of the material removal and / or the material removal rate on the workpiece (12) based on the formed integral.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand des integrierten quadratischen Mittels des Körperschallsignals geteilt durch eine Druchflussrate des Schleifmediums eine Schneidleistung des Schleifmediums (14) bestimmt wird. 12. The method according to claim 1 1, characterized in that a cutting performance of the grinding medium (14) is determined on the basis of the integrated square mean of the structure-borne sound signal divided by a flow rate of the grinding medium.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf einer Materialabtragsrate mindestens einer der folgenden Prozessparameter eingestellt wird: eine Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums (14), ein Fluiddruck des Schleifmediums (14), ein Gegendruck auf das Schleifmedium (14) und/oder eine Temperatur des Schleifmediums (14). 13. The method according to claim 1 1 or 12, characterized in that based on a material removal rate at least one of the following process parameters is set: a flow rate of the grinding medium (14), a fluid pressure of the grinding medium (14), a counter pressure on the grinding medium (14) and / or a temperature of the grinding medium (14).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Prozessparameter angepasst wird, wenn die bei der Bearbeitung des Werkstücks (12) gemessene Materialabtragsrate um mehr als einen definierten Toleranzwert von einer gewünschten Materialabtragsrate abweicht. 14. The method according to any one of claims 1 1 to 13, characterized in that at least one process parameter is adjusted if the material removal rate measured during the machining of the workpiece (12) deviates from a desired material removal rate by more than a defined tolerance value.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzkurve, die einen gewünschten Verlauf der Materialabtragsrate beschreibt, erstellt wird, indem ein Verlauf der Materialabtragsrate eines bearbeiteten Werkstücks (12) in einer Auswerteeinheit (38) gespeichert wird, und wobei ein T oleranzbereich um die Referenzkurve festgelegt wird, innerhalb dessen sich die Materialabtragsrate bewegen soll. 15. The method according to any one of claims 1 1 to 14, characterized in that a reference curve which describes a desired course of the material removal rate is created by storing a course of the material removal rate of a machined workpiece (12) in an evaluation unit (38), and a tolerance range is defined around the reference curve within which the material removal rate should move.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Prozessparameter bei der Bearbeitung des Werkstücks (12) angepasst wird, wenn der tatsächliche Verlauf der Materialabtragsrate außerhalb des Toleranzbereichs liegt. 16. The method according to claim 15, characterized in that at least one process parameter is adapted when machining the workpiece (12) if the actual course of the material removal rate is outside the tolerance range.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf einer Materialabtragsrate eine Aufforderung zum Austausch zumindest eines Teils des Schleifmediums (14) erfolgt. 17. The method according to any one of claims 1 1 to 16, characterized in that, based on a material removal rate, a request to replace at least part of the grinding medium (14) takes place.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein weiteres Körperschallsignal an einem Dummywerkstück (12a) gemessen wird und eine Differenz der beiden Körperschallsignale gebildet wird, um eine Verbesserung der Oberflächenqualität des Werkstücks (12) zu überwachen. 18. The method according to any one of claims 1 1 to 17, characterized in that a further structure-borne sound signal is measured on a dummy workpiece (12a) and a difference between the two structure-borne sound signals is formed in order to monitor an improvement in the surface quality of the workpiece (12).
19. Verfahren zum Bestimmen der Schneidleistung eines Schleifmediums (14) mit den folgenden Schritten: 19. A method for determining the cutting performance of a grinding medium (14) with the following steps:
Leiten eines Schleifmediums (14) über eine Oberfläche und/oder durch eine Öffnung eines Referenzwerkstücks (12), Guiding a grinding medium (14) over a surface and / or through an opening of a reference workpiece (12),
Messen des im Referenzwerkstück (12) entstehenden Körperschalls, - Bilden eines quadratischen Mittels des gemessenen Körperschallsignals, Measuring the structure-borne noise generated in the reference workpiece (12), - Forming a quadratic mean of the measured structure-borne noise signal
Integrieren des quadratischen Mittels über die Bearbeitungszeit, Integrating the root mean square over the processing time,
Teilen des Integralwerts durch den Mediendurchfluss, und Divide the integral value by the media flow, and
Bestimmen der Schneidleistung des Schleifmediums (14) anhand des geteilten Integralwerts. Determining the cutting performance of the grinding medium (14) based on the divided integral value.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115256206A (en) * 2022-05-20 2022-11-01 富准精密模具(淮安)有限公司 Polishing equipment
CN114734307B (en) * 2022-06-13 2022-09-02 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 Surface finishing method for micro inner flow passage with turning structure
CN115284160B (en) * 2022-06-30 2024-05-10 江苏大学 Reciprocating abrasive flow polishing device and method based on cavitation effect

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4865042A (en) * 1985-08-16 1989-09-12 Hitachi, Ltd. Ultrasonic irradiation system
US5245794A (en) * 1992-04-09 1993-09-21 Advanced Micro Devices, Inc. Audio end point detector for chemical-mechanical polishing and method therefor
US5904609A (en) * 1995-04-26 1999-05-18 Fujitsu Limited Polishing apparatus and polishing method
US6346202B1 (en) * 1999-03-25 2002-02-12 Beaver Creek Concepts Inc Finishing with partial organic boundary layer
US6319094B1 (en) * 1999-12-29 2001-11-20 Extrude Home Corporation Method and apparatus for controlling abrasive flow machining
DE10309456A1 (en) * 2003-03-05 2004-09-16 Mtu Aero Engines Gmbh Device and method for surface machining a workpiece
CA2526558C (en) * 2003-09-23 2009-11-17 Extrude Hone Corporation Method and apparatus for measuring flow rate through and polishing a workpiece orifice
US6935925B1 (en) * 2004-06-30 2005-08-30 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. System, method, and apparatus for in-situ acoustic emission monitoring of burnish heads in production during magnetic media cleaning or burnish process
US7749050B2 (en) * 2006-02-06 2010-07-06 Chien-Min Sung Pad conditioner dresser
US7775854B1 (en) * 2007-07-23 2010-08-17 Gemini, Inc. Water jet machining with abrasive recovery and filtration
DE102008062081A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Mtu Aero Engines Gmbh Grinding tool's wear condition detecting method, involves sampling measurement signal at number of time points, and calculating components of data vector as weighted sum of measurement values
DE202015001082U1 (en) * 2015-02-06 2015-02-24 Deckel Maho Pfronten Gmbh Spindle device for a program-controlled machine tool
GB201805763D0 (en) * 2018-04-06 2018-05-23 Rolls Royce Plc A method and apparatus for finishing an internal channel of a component

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