Oberflächenvermessung meistern: Tastverfahren für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Das Tasten ist eine der Funktionen an DATRON-Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen, die unseren deutschen Ingenieuren die größte Anerkennung einbringt. Viele Zerspaner, die von herkömmlichen CNC-Maschinen kommen, sind sich jedoch unsicher, wie sie diese Funktion in ihren Anwendungen einsetzen können, und kennen die Vorteile der Oberflächenvermessung und des 3D-Tastens nicht. Ein CNC-Taster ist ein Instrument, das die Oberfläche eines Materials berührend vermisst. Die Messwerte können verwendet werden, um eine gleichmäßige Fräs- und Gravurtiefe sicherzustellen.

Warum Oberflächenvermessung entscheidend ist

In einer idealen Welt wären die Rohlinge, die wir von Lieferanten erhalten, perfekt plan – ein Ausgangspunkt, der garantieren würde, dass unsere fertigen Frästeile durch Gleichmäßigkeit gekennzeichnet sind. In der Realität ist dies jedoch nicht der Fall. Zwei Stücke 12,7 mm starkes 6061-Aluminium von ein und demselben Lieferant können in der tatsächlichen Dicke voneinander abweichen. Es kann sogar eine Dickenvarianz von einem Ende des Rohlings zum anderen oder mehrere Erhebungen und Vertiefungen über die gesamte Blechoberfläche geben.

Bei manchen Anwendungen macht eine Abweichung von Tausendstel Millimetern oder Mikrometern für den Hersteller keinen Unterschied. Für viele Hersteller, die Teile für Luft- und Raumfahrt, Elektronik und Medizintechnik produzieren, sind jedoch enge Toleranzen erforderlich, und Genauigkeit ist entscheidend für ihren Erfolg. Die Prämisse der Oberflächenvermessung beim CNC-Fräsen besteht darin, dass ein Bearbeitungszentrum mit integriertem Taster Messungen in verschiedenen Intervallen oder Positionen (benutzerdefinierte Matrizen) über die Oberfläche des Materialrohlings vornimmt, diese Daten in die Steuerungssoftware einspeist und das Fräsprogramm entsprechend anpasst, um eine gleichmäßige Schnitttiefe unabhängig von der inhärenten Oberflächenvarianz des Rohlings beizubehalten. Dies geschieht alles dynamisch, bevor das Fräsen überhaupt beginnt, was Ausschuss minimiert und die Teileeinheitlichkeit wahrt.

Bearbeitung von runden und gekrümmten Werkstücken

Nicht alle Teile sind flach, daher beginnen sie nicht mit einem flachen Werkstück wie Blechmaterial. Diese Teile können mit runden Rohlingen wie Stabmaterial beginnen. Im Waffenbau müssen Unternehmen oft auf runden Teilen wie Stahlgewehrläufen oder gekrümmten Teilen wie Waffengehäusen aus Stahl und Aluminium bearbeiten.

Ein Beispiel hierfür ist das Gravieren von Seriennummern, ein Prozess, der von der ATF (Alcohol, Tobacco and Firearms) reguliert wird, da diese vorschreibt, dass Seriennummern in einer bestimmten Tiefe (derzeit 0,076 mm) graviert werden müssen, um ein Entfernen durch Honen für kriminelle Aktivitäten zu erschweren.

Für das Fräsen oder Gravieren auf gerundeten Oberflächen ist ein Taster wie der DATRON Z-Korrekturtaster erforderlich, und in vielen Fällen ist auch eine Drehachse notwendig. Um Rundmaterial zu bearbeiten oder auf runden Werkstücken zu gravieren, bietet die 4. Achse die nötige Flexibilität. Die 4. Achse lässt sich nahezu nahtlos in die CNC-Steuerung integrieren. Sie kann entweder die X- oder die Y-Achse ersetzen und unter Programmsteuerung dynamisch umgeschaltet werden. Die 4. und 5. Achse zusammen bieten die Flexibilität, die für die komplexesten Werkstücke erforderlich ist. Die 5. Achse dient dazu, die 4. Achse unabhängig zu drehen, wobei jede Achse unabhängig und dynamisch vom entsprechenden Bearbeitungsprogramm gesteuert wird. Dadurch wird das Bearbeiten unter einem Winkel an einem runden Teil problemlos möglich.

Weitere Anwendungen: Teilerkennung und Teilepositionierung

Es gibt noch weitere großartige Einsatzmöglichkeiten für einen integrierten CNC-Taster. Nehmen wir beispielsweise die Teilerkennung oder Teilepositionierung. Bei der Teilerkennung nimmt der Taster Messungen vor, um zu bestimmen, welcher Rohling eingespannt wurde, sodass automatisch das passende Fräsprogramm gestartet werden kann. Diese Strategie wird häufig von Herstellern genutzt, die eine Vielzahl ähnlicher, aber unterschiedlicher Teile produzieren. Wieder am Beispiel des Waffenbaus: 1911-Pistolen haben oft ähnliche Größe und Form, gibt es aber in verschiedenen Kalibern – von 9 mm, .45 ACP usw. Wenn der Hersteller eine Fräsmaschine mit integriertem Tasten zur Teilerkennung einsetzt, kann die Maschine sogar dann, wenn der Bediener den falschen Rohling einlegt, so programmiert werden, dass sie das für dieses spezielle Teil passende Programm ausführt. Dies vermeidet Ausschuss und in dieser stark regulierten Branche auch Ärger.

In puncto Teilepositionierung kann eine Maschine wie die DATRON M8Cube mit integriertem Tasten und der 3D-Taster-Erweiterung Merkmale eines bestimmten Teils tasten, um dessen exakte Position und Ausrichtung auf dem Maschinentisch zu bestimmen. Dazu gehören das Auffinden von Bohrungs- und Bundmitten, Kantenfinden und das Vorvermessen von Rohlingen vor Bearbeitungsbeginn. Die 3D-Taster-Erweiterung ermöglicht es dem Z-Korrekturtaster, in drei Dimensionen zu funktionieren. Intuitive Programmierung erlaubt es, Bearbeitungsprogramme an das jeweilige Werkstück auf dem Maschinentisch anzupassen. Materialvariationen in X, Y und Z können dynamisch kompensiert werden, um Teilequalität und -einheitlichkeit zu wahren. Zur weiteren Qualitätskontrolle können Werkstücke nach der Bearbeitung fast wie mit einer eingebauten Koordinatenmessmaschine (KMG) geprüft werden. Schließlich – sagen Sie es nicht Ihren Wettbewerbern – können bestimmte Teile sogar zum Reverse Engineering getastet werden.