DE102011011754A1

DE102011011754A1 - Verfahren zum Anbringen einer Kantenpräparation an einer Schneide eines Werkzeugs sowie Steuerung und Bearbeitungsmaschine zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102011011754A1
Application number: DE102011011754A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwägerl
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-23
Also published as: CN102642158A; CN102642158B; US20120238184A1

Abstract

Bei dem Verfahren zum Anbringen einer definierten Kantenpräparation, insbesondere Kantenverrundung an einer Schneide (16) eines Werkzeugs (6) für die spanende Metallbearbeitung wird zunächst das Werkzeug in eine Bearbeitungsmaschine (2) zur Anbringung der Kantenverrundung eingespannt. Mit Hilfe eines an der Bearbeitungsmaschine (2) angeordneten Sensors (14) wird die Position der zu bearbeitenden Schneide (16) erfasst und als Referenzwert gespeichert. Die Verrundungsoperation wird mit Hilfe eines Verrundungswerkzeugs (10) durchgeführt und anschließend wird erneut mit Hilfe des Sensors (14) die Position der Schneide (16) erfasst und als Istwert gespeichert. Anhand eines Vergleiches zwischen dem Referenzwert und dem gemessenen Istwert wird die Verrundungsoperation überwacht und mit einem Sollwert für den Materialabtrag (d) verglichen. insgesamt wird dadurch eine Online-Prozessüberwachung bei einer Kantenverrundung ermöglicht, so dass insbesondere auch der Verschleiß des Verrundungswerkzeugs, insbesondere eine Bürste (10) berücksichtigt werden kann.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer definierten Kantenpräparation an einer Schneide eines Werkzeuges für die spanende Metallbearbeitung mit Hilfe einer Verrundungsoperation, insbesondere das Anbringen einer definierten Kantenpräparation an einem Bohr-, Reib-, Gewinde- und/oder Fräswerkzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung sowie eine Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Sowohl Bohr- als auch Fräswerkzeuge werden unter anderem in mehreren Herstellungsschritten aus einem Roh-Rundstab hergestellt. Moderne Hochleistungswerkzeuge werden hierbei aus Vollhartmetall hergestellt. Dabei wird üblicherweise durch ein spezielles Anschliffverfahren stirnseitig die gewünschte Geometrie mit Hauptschneiden ausgebildet. Im weiteren Verlauf des Werkzeugs werden oftmals Nuten mit Nebenschneiden angebracht. Die Wahl des speziellen Anschliffes, die Ausgestaltung der Schneidengeometrie sowie der Nuten hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Die Schneideigenschaften des Werkzeugs werden maßgeblich von der Schneidengeometrie geprägt. Nach dem Schleifvorgang sind die Schneiden üblicherweise sehr scharfkantig ausgebildet, so dass regelmäßig die Schneiden über eine sogenannte Kantenverrundung verrundet werden. Diese nachfolgend als Verrundungsoperation bezeichnete Kantenverrundung wird mit einem geeigneten Verrundungswerkzeug, insbesondere mit Hilfe von Bürsten durchgeführt. Hierbei kommt es auf einen hochgenauen Verrundungsprozess an, um die gewünschten Schneideigenschaften zu erzielen. Der Materialabtrag liegt üblicherweise lediglich im Bereich von einigen μm. Eine Abweichung von einem Soll-Materialabtrag führt zu einer Verschlechterung der Schneideigenschaften.
Aufgrund des sehr harten Materials bei der Verwendung von Vollhartmetallbohrern unterliegen die Bürsten bei der Verrundungsoperation einem hohen Verschleiß, so dass beim Bearbeiten einer Vielzahl von Werkzeugen sich das Ergebnis der Verrundungsoperation bei gleichen Maschineneinstellungen oftmals in unerwünschter Weise verändert.
Eine weitere übliche Kantenpräparation neben einer solchen Kantenverrundung ist das Anbringen einer Fase an einer Schneide. Auch hier kommt es auf eine wiederholbar hochgenaue Kantenpräparation an.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, prozesssicheres Verfahren zum Erzeugen einer definierten Kantenpräparation insbesondere bei einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kantenbearbeitungsoperationen zu ermöglichen, sowie eine Bearbeitungsmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Danach wird zum Anbringen einer definierten Kantenpräparation an einer Schneide eines Werkzeugs, insbesondere eines Bohr-, Reib-, Gewinde und/oder Fräswerkzeugs, das Werkzeug zunächst in eine Bearbeitungsmaschine eingespannt. Anschließend wird mit Hilfe eines an die Bearbeitungsmaschine angeordneten Sensors die Position der zu bearbeitenden Schneide erfasst und als Referenzwert gespeichert. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Kantenpräparationsoperation mit Hilfe eines Präparationswerkzeugs durchgeführt und anschließend wird erneut mit Hilfe des Sensors die dann veränderte Position der Schneide erfasst und als Istwert gespeichert. Schließlich wird anhand eines Vergleichs des Referenzwert mit dem Istwert die Kantenpraparationsoperation überwacht und mit einem Sollwert für den Materialabtrag an der Schneide verglichen. Insgesamt wird dadurch in einfacher und effizienter Weise die Kantenpräparation kontrolliert.
Bei bisherigen Verfahren war es hierzu regelmäßig erforderlich, das Ergebnis der Kantenpräparation in aufwändiger Weise in separaten Messvorrichtungen zu überprüfen. Hierzu war ein Ausspannen des Werkzeugs erforderlich.
Mit dem hier nunmehr beschriebenen Verfahren ist es nunmehr möglich, das Ergebnis der Kantenbearbeitungsoperation unmittelbar an der Werkzeugmaschine zu ermitteln, so dass kein separater Messvorgang in einer getrennten Messvorrichtung erfolgen muss. Von besonderer Bedeutung ist die Erfassung der relativen Veränderung zwischen dem erfassten Referenzwert und dem nach der Kantenbearbeitungsoperation erfassten Istwert. Es kommt daher nicht darauf an, die tatsächliche absolute Lage und Position der Schneide im Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine zu ermitteln. Durch die Erfassung der relativen Änderung ist eine hochgenaue Ermittlung des tatsächlich erfolgten Materialabtrags ermöglicht.
Hierdurch ist durch den einfachen Messvorgang insbesondere eine Online-Prozessüberwachung ermöglicht und vorgesehen. Üblicherweise werden eine Vielzahl von Werkzeugen nacheinander auf der Bearbeitungsmaschine bearbeitet und der Kantenbearbeitungsoperation unterzogen. Unter Online-Prozessüberwachung wird nunmehr verstanden, dass im Rahmen dieses Prozesses, also der Kantenpräparation einer Vielzahl von Werkzeugen, regelmäßig das Ergebnis einer jeweiligen Kantenbearbeitungsoperation überwacht wird. Unter regelmäßig wird hierbei verstanden, dass jeweils nach einer definierten Anzahl von Kantenbearbeitungsoperation, beispielsweise nach 3 bis 5 Verrundungsoperationen (Werkzeugen) die Kantenbearbeitungsoperation selbst durch den beschriebenen Vergleich überwacht wird. Prinzipiell ist es auch möglich und vorgesehen, bei jedem zu bearbeitenden Werkzeug die Messung und Überwachung und auch eine Protokollierung durchzuführen.
Als Kantenpräparation wird insbesondere eine Verrundungsoperation vorgesehen. Alternativ hierzu wird mit diesem Verfahren eine Fase angebracht. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Verrundungsoperation weiter erläutert. Die angeführten Vorteile und Verfahrensmerkmale gelten gleichermaßen auch für das Anbringen einer Fase.
Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird anhand des Verlaufs der Differenz zwischen Istwert und Referenzwert auf einen Verschleiß des Präparationswerkzeugs, nachfolgend als Verrundungswerkzeug bezeichnet, zurückgeschlossen. Durch dieses Messverfahren ist daher auch eine Online-Überwachung des Verschleißes des Verrundungswerkzeugs ermöglicht. Vorzugsweise ist bei einem erfassten Verschleiß über einen zulässigen Toleranzwert hinaus entsprechend auch vorgesehen, dass in einer Steuereinheit der Werkzeugmaschine ein Soll-Stellwert für das Verrundungswerkzeug nachgeführt wird. Der Verschleiß wird also für die Zustellbewegung des Verrundungswerkzeugs berücksichtigt, um für nachfolgende Verrundungsoperationen das gewünschte Ergebnis, also den gewünschten Materialabtrag sicher zu stellen.
In zweckdienlicher Ausgestaltung ist dabei das Präparationswerkzeugwerkzeug eine Bürste und weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass der Sensor ein Taster ist. Derartige Taster sind bei modernen Bearbeitungsmaschinen vorhanden, so dass keine zusätzlichen Messvorrichtungen an einer herkömmlichen Bearbeitungsmaschine angebracht werden müssen.
Alternativ zur Bürste können auch andere Präparationswerkzeuge oder Präparationsverfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Schleifwerkzeug oder ein Strahlverfahren, bei dem die zu bearbeitende Kante in einem Naßstrahlverfahren, bei Bedarf mit abrasiven Partikeln bearbeitet wird.
Bei der Bearbeitungsmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine mehrachsige, beispielsweise 5- oder 6-achsige CNC-Maschine. Derartige Maschinen zeichnen sich durch einen universellen Einsatz für die unterschiedlichsten Werkzeugbearbeitungsoperationen aus. Insbesondere werden derartige Maschinen als Universalmaschinen auch für die weiteren Herstellprozesse, wie beispielsweise Schleifen etc. eingesetzt. Es ist daher möglich, mehrere, insbesondere sämtliche Herstellschritte, wie das Nutenschleifen oder den Stirnanschliff zur Erzeugung des Werkzeugs auch ohne Umspannen des Werkzeugs auf der Bearbeitungsmaschine durchzuführen.
In bevorzugter Weiterbildung wird für den Fall, dass aufgrund eines Verschleißes des Verrundungswerkzeugs eine unzulässige Abweichung vom Sollwert erfasst wird, eine erneute Verrundungsoperation durchgeführt, bevor das Werkzeug ausgespannt wird. Zweckdienlicherweise wird dies jedoch durch ein rechtzeitiges Nachführen des Soll-Stellwertes für das Verrundungswerkzeug vermieden.
Die Aufgabe wird weiterhin gemäß der Erfindung gelöst durch eine Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch eine Steuerung gemäß Anspruch 10, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß übertragbar. Unter Steuerung wird sowohl eine Steuereinheit mit entsprechender programmtechnischer Ausgestaltung zum Ansteuern der Bearbeitungsmaschine aber auch die programmtechnische Umsetzung (Software), also ein Programmcode zum Einspielen auf die Steuereinheit verstanden.
Beschreibung der Figuren
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Bearbeitungsmaschine zur Durchführung einer Kantenverrundung an einem Werkzeug,
2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Schneide vor und nach der Kantenverrundung.
In den Figuren sind gleichwertige Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Gemäß 1 weist eine Bearbeitungsmaschine 2 eine Spanneinheit 4 auf, die zum Einspannen eines Werkzeugs 6 ausgebildet ist. Die Bearbeitungsmaschine 2 ist in 1 durch die strichpunktierte Linie in ihrer Gesamtheit dargestellt. Sie umfasst weiterhin eine Werkzeugeinheit 8 zur definierten Führung eines Werkzeugs, insbesondere eines Verrundungswerkzeugs, welches im Ausführungsbeispiel als eine Bürste 10 ausgebildet ist. Schließlich umfasst die Bearbeitungsmaschine 2 eine Steuereinheit 12, die die einzelnen Prozesse der Bearbeitungsmaschine 2 steuert. An der Werkzeugeinheit 8 ist ein insbesondere als Taster 14 ausgebildeter Sensor angeordnet. Die einzelnen Komponenten der Bearbeitungsmaschine 2, die insbesondere als CNC-Werkzeugmaschine ausgebildet ist, sind entlang verschiedener Achsen gesteuert verstellbar, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Neben Linearverstellungen in Richtung von Achsen sind auch Drehverstellungen um Drehachsen möglich. Die einzelnen Verstellbewegungen können bei Bedarf in geeigneter Weise überlagert werden.
Zur Durchführung der eigentlichen Verrundungsoperation wird in einem ersten Schritt der Taster 14 zunächst an eine Schneide 16, insbesondere Hauptschneide des Werkzeugs 6 herangeführt, wie dies in 2 anhand der durchgezogenen Linien dargestellt ist. In diesem Ausgangszustand ist die Schneide 16 wie dargestellt noch extrem scharfkantig ausgebildet. Sobald der Taster 14 die Spitze der Schneide 16 berührt wird diese Position als Referenzposition festgelegt. Die entsprechenden Messwerte definieren Referenzwerte der Referenzposition.
Zweckdienlicherweise wird die Referenzposition an einer geeigneten Stelle an der Hauptschneide oder auch an einer Nebenschneide des Werkzeugs 6 erfasst. Vorzugsweise wird die Position lediglich an einer Stelle erfasst, da die Verrundungsoperation über die Schneidenlänge hinweg innerhalb ausreichender Toleranzen zu einem gleichen Materialabtrag d führt.
Anschließend wird der Taster 14 wieder zurückgefahren und die Bürste 10 zur Durchführung der Verrundungsoperation in an sich bekannter Weise an das Werkzeug 6 herangefahren. Hierzu ist in der Steuereinheit 12 ein Soll-Stellwert hinterlegt, bis zu dem die Bürste 10 an das Werkzeug 6 herangefahren wird.
Nach der Durchführung des Verrundungsprozesses, der entsprechend einem in der Steuereinheit 12 hinterlegten Prozessablauf durchgeführt wird, wird der Taster 14 erneut an die dann verrundete Schneide 16 herangeführt. Dies ist in 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die dann von dem Taster 14 erfasste (verrundete) Position der Schneide 16 wird als Istposition bewertet und der zugehörige Istwert mit dem zuvor erfassten Referenzwert verglichen. Die Differenz zwischen Istwert und Referenzwert bestimmt dabei den während des Verrundungsvorgangs erfolgten Materialabtrag d. Sofern dieser innerhalb eines Sollbereiches liegt, also einem Sollwert mit vorgegebenen Toleranzen von z. B. ±5% entspricht, ist der Verrundungsprozess in Ordnung. Sofern ein zu geringer Materialabtrag d erfolgte wird in bevorzugter Ausgestaltung nochmals ein Verrundungsvorgang durch erneutes Heranfahren der Bürste 10 durchgeführt.
Innerhalb der Steuereinheit 12 ist vorzugsweise ein Vergleichsmodul vorgesehen, welches die erfassten Referenz- und Istwerte kontinuierlich miteinander vergleicht und anhand des Verlaufs der Differenz zwischen den Referenzwerten und Istwerten (bei aufeinanderfolgenden Verrundungsoperationen bei verschiedenen Werkzeugen 6) auf einen Verschleiß der Bürste 10 zurückschließt. Überschreitet der Verschleiß einen vorgegebenen Toleranzwert, so wird der in der Steuereinheit hinterlegte Soll-Stellwert entsprechend nachgeführt. Beim nächsten Verrundungsprozess wird dann die Bürste 10 entsprechend dem neuen Soll-Stellwert an das Werkzeug herangeführt. Durch diese Maßnahmen ist bei der Verrundungsoperation insgesamt eine Online-Prozessüberwachung in kontinuierlicher Weise ermöglicht und vorgesehen.
Anstelle der Durchführung der Verrundungsoperation mit Hilfe einer Bürste 10 können auch andere Verrundungswerkzeuge wie beispielsweise Strahlverfahren etc. eingesetzt werden. Die Verrundungsoperation selbst mit der beschriebenen online-Prozessüberwachung kann auf einer speziellen nur für die Verrundung vorgesehene Bearbeitungsmaschine 2 durchgeführt werden.
Bei Bedarf können gegebenenfalls noch weitere Maßnahmen wie beispielsweise Beschichtungsmaßnahmen etc. durchgeführt werden.
Das hier beschriebene Verfahren und die Bearbeitungsmaschine 2 mit dem entsprechend dem Verfahren in der Steuereinheit 12 hinterlegten Steueralgorithmus zeichnen sich durch eine prozesssichere Kantenverrundung und eine Onlineüberwachung derselben bei einer Vielzahl von nacheinander durchgeführten Kantenverrundungsoperationen aus, ohne dass ein separater externer Messvorgang zur Erfassung des Ergebnisses der jeweiligen Kantenverrundungsoperation erforderlich ist.

Claims

Verfahren zum Anbringen einer Kantenpräparation an einer Schneide (16) eines Werkzeuges (6) mit Hilfe einer Kantenbearbeitungsoperation, insbesondere zum Anbringen einer Kantenverrundung oder einer Fase, bei dem – das Werkzeug (6) in eine Bearbeitungsmaschine (2) zur Anbringung der Kantenpräparation eingespannt wird, – mit Hilfe eines an der Bearbeitungsmaschine (2) angeordneten Sensors (14) die Position der zu bearbeitenden Schneide (16) erfasst und als Referenzwert gespeichert wird, – die Kantenbearbeitungsoperation mit Hilfe eines Präparationswerkzeugs (10) durchgeführt wird und – danach erneut mit Hilfe des Sensors (14) die Position der Schneide (16) erfasst und als Istwert gespeichert wird – wobei anhand eines Vergleichs zwischen dem Referenzwert und dem Istwert die Kantenbearbeitungsoperation überwacht und mit einem Sollwert für einen Materialabtrag (d) an der Schneide (16) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von Werkzeugen (6) sukzessive auf der Bearbeitungsmaschine (2) bearbeitet werden und anhand des Verlaufs der Differenz zwischen Istwert und Referenzwert auf einen Verschleiß des Präparationswerkzeugs (10) rückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei einem erfassten Verschleiß des Präparationswerkzeugs (10) in einer Steuereinheit (12) der Bearbeitungsmaschine (2) ein Soll-Stellwert für das Präparationswerkzeugs (10) nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sollwert für den Materialabtrag (d) im Bereich von 3 μm und 200 μm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sensor ein Taster (14) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Präparationswerkzeugs eine Bürste (10) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bearbeitungsmaschine (2) eine insbesondere 5-achsige CNC-Maschine ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei einer unzulässigen Abweichung vom Sollwert eine erneute Kantenpräparation durchgeführt wird.
Bearbeitungsmaschine (2) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Spanneinheit (4) zum Einspannen des Werkzeuges (16), mit einem Präparationswerkzeugs (10) zum Durchführen der Kantenbearbeitungsoperation, mit einem Sensor (14) zur Erfassung der Position der Schneide (16) sowie mit einer Steuereinheit (12), wobei die Steuereinheit (12) zur Überwachung der Kantenbearbeitungsoperation anhand eines Vergleiches des Referenzwertes mit dem Istwert ausgebildet ist.
Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.