Messsysteme sorgen in der Fertigung für gleichbleibende Genauigkeit

Sollen Werkzeugmaschinen genau fertigen, müssen mehrere Kriterien erfüllt sein. Zunächst muss die Maschine selbst mit ihren Einzelkomponenten und vor allem im Zusammenwirken der Bauteile ausreichend genau gefertigt und montiert sein. Darüber hinaus muss beim Fertigen auf der Werkzeugmaschine der Prozess überwacht und, soweit erforderlich, korrigiert werden.

Dazu sind die Geometrien der Rohlinge und beim Bearbeiten einzelne gefertigte Geometrien zu messen. Zum Verifizieren können nach dem Fertigen die funktionswichtigen Geometrien auf separaten Messmaschinen gemessen werden.

Für diese gesamte Palette stellt Renishaw die jeweils sorgfältig auf die Messaufgaben abgestimmte Messtechnik zur Verfügung. Vor allem bei Werkzeugmaschinen entscheidet das Positionierverhalten der Vorschubeinheiten über die Genauigkeit der gefertigten Werkstücke.

Um die Genauigkeit zu bestimmen, hat Renishaw das Laserinterferometer XL-80 entwickelt. Messungen mit dem werkstatttauglichen Gerät erfordern nur wenig Zeit- und Arbeitsaufwand. Nach einer kurzen Einweisung kann das Personal mit den kompakten Geräten arbeiten.

Mess-Software automatisiert den Messablauf

Das Laserinterferometersystem besteht aus einer kompakten Laserquelle, die über einen Magneten direkt in der Maschine befestigt werden kann, die dazugehörige Optik wird am Vorschubelement fixiert. Durch diese simple Messanordnung dauert das Einrichten eines Laserinterferometers nur wenige Minuten. Die Kompensationseinheit XC-80 erfasst die Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftdruck und -feuchte. Sämtliche Komponenten befinden sich in einem stabilen, kompakten Koffer.

Für einen nahezu automatischen Messablauf sorgt die ausgereifte Mess-Software. Mit einer Messgenauigkeit von 0,5 µm/mm ist das XL-80-Lasersystem das weltweit genaueste Interferometersystem. Die mit dem System ermittelten geometrischen Abweichungen können direkt in der CNC hinterlegt und somit kompensiert werden.

Portables Messgerät ist einfach zu installieren

Bei allen Bearbeitungszentren hat zudem die Charakteristik beim Interpolieren in mehreren Achsen großen Einfluss auf die Genauigkeit der gefertigten Werkstücke. Fährt die Maschine eine Kreisbewegung, kann man aus der Form des erzeugten Kreises zahlreiche Rückschlüsse auf mögliche Fehlfunktionen der Steuerung oder Ungenauigkeiten im mechanischen Aufbau der Achsen ziehen.

Für diese Messungen nutzt man vorteilhaft das Messgerät QC10 von Renishaw. Das portable Gerät ist einfach zu installieren und zu bedienen. Es lässt sich rasch ohne Demontage von Spannvorrichtungen auf jedem üblichen Dreh- und Fräszentrum einsetzen.

Kreisform-Messsystem bietet ausgereifte Software

Besondere Vorteile hat das Kreisform-Messsystem durch die ausgereifte Software. Sie liefert zahlreiche Hinweise zur Fehlerdiagnose und zur Fehlerbehebung. Zunächst zeigt die Software auf dem Farbbildschirm grafisch die gemessene Kreisform. Daraus sind die Abweichungen von der idealen Form ersichtlich.

Dem Maschinenbediener und dem Instandhalter hilft die automatische Diagnose. Im Klartext zeigt sie mögliche Fehlerursachen für Abweichungen von der Idealform. Anhand der Fehlerbeschreibungen lassen sich geeignete Instandsetzungs- maßnahmen ableiten.

Online-Unterstützung für den Instandhalter

In der Online-Unterstützung der Software findet der Instandhalter ausführliche Hinweise, um mit gezielten Maßnahmen die Genauigkeit der Werkzeugmaschine innerhalb kurzer Zeit zu verbessern. Bei einer Erstabnahme wird der Zustand der Mechanik erfasst. Unzulässige Abweichungen werden anhand der Messdaten weitgehend mit der Steuerung kompensiert.

Über die Lebensdauer der Maschine ergeben sich Abweichungen vom Erstzustand. Diese kann man wiederum kompensieren oder man kann mit einer Revision der Maschine die Ursachen beheben.

Ursachen sind beispielsweise verschlissene Führungen, Spindeln und Spindelmuttern. Das können auch zum Beispiel durch einen Crash gelöste und verschobene Führungsschienen sein. Ebenso führen Fehler in den Regelkreisen der numerischen Steuerungen beziehungsweise in den Schlittenantrieben zu Ungenauigkeiten im dynamischen Verhalten.

Messsysteme und Messtaster erfassen Werkzeuglage

Über die Genauigkeit am Werkstück entscheiden außer der Maschine selbst auch das Werkzeug und der Rohling. Nur bei exakter Übereinstimmung der programmierten Daten mit den Dimensionen und der Lage von Werkzeug und Rohling ergibt sich die geforderte Genauigkeit. Um sie zu erreichen, nutzt man vorteilhaft die Werkzeugmesssysteme sowie Messtaster von Renishaw.

Das Lasermesssystem NC4 arbeitet mit einem Laserstrahl. In unterschiedlichen Ausführungen können Laser-Lichtquelle und -empfänger separat oder als bereits auf einem Trägersystem konfigurierte und justierte Einheit im Arbeitsraum der Bearbeitungszentren aufgebaut werden. Für kleine Bearbeitungszentren gibt es eine spezielle Ausführung mit nur 23 mm Abstand zwischen Lichtquelle und -empfänger.

An Werkzeugen mit einem Durchmesser > 0,03 mm lassen sich Längen und Durchmesser sowie der Werkzeugverschleiß bestimmen. Genauigkeiten

Zudem verhindert ein Luftstrom mit hoher Austrittsgeschwindigkeit (Micro-Hole-Technologie) auch während des Messprozesses, dass Flüssigkeiten oder Partikel in die Lichtquelle und den Empfänger eindringen können. Insbesondere in einer Serienfertigung sorgt das automatische Erkennen der Werkzeuge nach jedem Werkzeugwechsel für höchste Prozesssicherheit.

Lage des Rohteils automatisch ermitteln

Um bis zu 20% kürzt das automatische Ermitteln der Rohteillage per Messtaster einschließlich anschließender automatischer Nullpunktkorrektur die Zeit beim Aufspannen und manuellen Ausrichten von Werkstücken. Das Bearbeitungszentrum wechselt den Messtaster automatisch aus dem Werkzeugmagazin ein.

Messzyklen ermöglichen das automatische Abtasten der erforderlichen Oberflächen am Rohling mit dem Messtaster. Das Triggersignal sendet optisch oder über Funk an einen Empfänger, der es aufbereitet und an die CNC der Maschine weitergibt. Bei kleineren Arbeitsräumen eignen sich bevorzugt Messtaster mit optischer Datenübertragung, beispielsweise der sehr kompakte Messtaster OMP40 und der etwas größere OMP60, der ebenfalls seine Daten optisch überträgt.

Messtaster mit Funkübertragung für große Bearbeitungszentren

Bei größeren Bearbeitungszentren, in deren Arbeitsräumen die Messtaster über mehrere Meter Distanz die Daten übertragen müssen, nutzt man vorteilhaft den Messtaster RMP60 mit Funkübertragung. Er kann seine Daten über Entfernungen bis 15 m sicher übertragen.

Die ermittelten Messdaten berücksichtigt die CNC für die tatsächliche Nullpunktlage im NC-Programm. Damit ist die Position und Lage des Rohlings bei Genauigkeiten

Messtaster auf Bearbeitungszentren leisten aber noch viel mehr. In Verbindung mit der Messsoftware Productivity+ von Renishaw kann man beispielsweise nach einzelnen Fertigungsschritten wiederholt messen. So werden Abweichungen erkannt und automatisch geeignete weitere Abläufe ausgeführt. Ein einwandfreier Bearbeitungsprozess wird sichergestellt.

Auf Basis von CAD-Daten Messzyklen generieren

Die Software wird wahlweise in das CAD/CAM-System Gibbs CAM integriert (Plug-in) oder als sogenanntes Stand-alone (Active editor) auf einem Computer in der Arbeitsvorbereitung genutzt. Anhand der vorhandenen CAD-Daten generiert sie innerhalb kürzester Zeit direkt im CAM-System Messzyklen. Dazu ruft der Arbeitsvorbereiter lediglich das Plug-in über ein Icon auf. Er tastet die zu messende Geometrie am CAD-Bild mit dem Mauszeiger an und gibt einige Parameter vor, zum Beispiel die Toleranzen für die aufzunehmende Abmessung.

Dies geschieht in einfachen, für einen CAD/CAM-Programmierer gewohnten und selbsterklärenden Dialogen. Mit dem anschließenden Durchlaufen des Postprozessors wird das maschinenspezifische NC-Programm für die Bearbeitung und die integrierten Messzyklen erzeugt.

Damit vermeiden Fertigungsbetriebe, Bauteile komplett zu bearbeiten und erst nach Ablauf der gesamten kosten- und zeitintensiven Fertigung zu erkennen, dass die Bauteile ungenau oder fehlerbehaftet sind. So trägt das Messen „in process“ ganz wesentlich dazu bei, Ausschuss und die mit ihm einhergehenden unnötigen Kosten- und Zeitverzögerungen zu vermeiden.

Annette Kärcher ist Leiterin Marketing der Renishaw GmbH in 72124 Pliezhausen.