Die entscheidende Rolle der In-Prozess-Messung in der Präzisionsbearbeitung

Für die Qualitätskontrolle von CNC-gefrästen Teilen nutzen die meisten Werkstätten ein Koordinatenmessgerät (KMG/CMM). Ein KMG prüft, ob Geometrie und Abmessungen eines Fertigteils dem Originaldesign entsprechen, und stellt sicher, dass der Kunde keine fehlerhaften Teile erhält. Es erkennt selbst geringfügigste Fehler und ermöglicht dem Zerspaner, ein fehlerhaftes Teil nachzuarbeiten.

Für einen Werkstattinhaber ist das KMG jedoch weit von einer perfekten Lösung entfernt. Zwar bietet diese Art der Inspektion Sicherheit für den Kunden, garantiert aber keine hohe Produktivität für den Zerspaner. Warum? Weil das Erkennen von Fehlern nach der Bearbeitung bedeutet, dass Sie bereits zu spät sind, um Kosten einzusparen. Wenn ein Teil nachgearbeitet werden muss, weil das KMG ein negatives Ergebnis liefert, halbiert sich der Wert dieses Teils. Doppelt so viel Zeit und Material fließen hinein.

Eine alternative Lösung ist die In-Prozess-Messung (On-Machine Inspection) mit einem Werkzeugmesssystem. Werkzeugmesssysteme sind Messgeräte, die direkt an der CNC-Maschine montiert sind und zum Einrichten von Werkstücken sowie zum Messen von Abmessungen während und unmittelbar nach dem Bearbeitungsprozess verwendet werden.

Dieser Artikel erklärt, wie wir In-Prozess-Messung in unserem CNC-Betrieb einsetzen und warum CNC-Werkstätten diesem Beispiel folgen sollten.

1. KMG-Flaschenhals entschärfen

Die Beschränkung der Qualitätskontrolle auf ein KMG hat erhebliche Nachteile, und Probleme können über die bloße Verdopplung von Arbeitszeit und Materialkosten hinaus eskalieren. In einer belebten Werkstatt wird eine CNC-Maschine wahrscheinlich sofort mit einem neuen Setup belegt, sobald ein Satz Teile vom Arbeitstisch entfernt wird. Wenn das KMG später Teile aussortiert, muss der Zerspaner auf eine freie Maschine warten – oder schlimmer, einen anderen Job unterbrechen – und die Maschine komplett neu einrichten. Ausgeschleuste Werkstücke können die Produktion verlangsamen und einen Dominoeffekt auslösen, der viele Aufträge verzögert.

Zudem kann die Abhängigkeit von einem KMG zu langen Warteschlangen führen, da jeder Job in der Werkstatt Inspektion an derselben Maschine oder Maschinengruppe erfordert. Die Integration der Inspektion in die CNC-Maschinen selbst kann den KMG-Flaschenhals entlasten, da die Inspektionslast auf mehrere Systeme verteilt oder in einigen Fällen vollständig von der CNC-Maschine übernommen werden kann.

2. Effizienz steigern

Der Einsatz eines KMG ist meist für Qualitätskontrolle notwendig, besonders bei Präzisionsbearbeitung, da er prüft, ob Werkstücke geometrischen und dimensionalen Spezifikationen entsprechen. Aber In-Prozess-Messung muss das KMG nicht ersetzen; sie kann allein oder in Kombination mit dem KMG arbeiten, um Inspektion – und den gesamten Produktzyklus – effizienter zu gestalten.

Ein an der Maschinenspindel oder dem Revolver montiertes Werkzeugmesssystem bietet zahlreiche Vorteile für eine Werkstatt. Das System kann Werkstücke identifizieren und einrichten – ein Prozess, der manuell 10 Minuten dauern kann, mit einer Messeinheit aber nur Sekunden – und Merkmale während des Bearbeitungszyklus und unmittelbar danach messen, solange die Werkstücke noch auf dem Arbeitstisch liegen.

Werkstücke schnell einrichten

Ein Messsystem kann auch Aufgaben wie Überwachung der Werkstückoberflächenbeschaffenheit und Initiierung automatischer Offset-Korrektur übernehmen. Zudem stören viele Messroutinen den Bearbeitungsprozess nicht, sodass Inspektion ohne Unterbrechung durchgeführt werden kann.

Messsysteme sind wertvoll, weil sie signifikante Fehler frühzeitig erkennen, was sofort Ausschuss reduziert und, falls danach ein KMG eingesetzt wird, die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das KMG ein Teil ablehnt. Werden KMGs genutzt, erlauben Messsysteme dem Qualitätspersonal, die Stichprobenrate zu senken. Beispielsweise können sie 1 von 50 Teilen am KMG prüfen statt 1 von 20, da die meisten möglichen Fehler bereits durch die On-Machine-Messung erfasst und korrigiert wurden. Die Einführung von In-Prozess-Messung kann daher die Gesamtinspektionszeit verkürzen, den KMG-Flaschenhals entlasten und Teile schneller versenden lassen, was die Werkstattproduktivität erhöht.

In-Prozess-Inspektion für bearbeitete Teile

3. Genauigkeit bei Nachbearbeitung erhöhen

In-Prozess-Messung kann in praktisch allen CNC-Bearbeitungssituationen vorteilhaft sein und die Wahrscheinlichkeit, fehlerhafte Teile verschrotten zu müssen, drastisch reduzieren. Messsysteme sind jedoch besonders wertvoll bei der Präzisionsbearbeitung von Merkmalen an Guss- oder Schmiedeteilen.

Die Bearbeitung von Teilen aus stranggepresstem Metall ist eine Sache, aber die Bearbeitung an geschmiedeten oder gegossenen Teilen eine ganz andere. Diese Metallverarbeitungsverfahren neigen zu geringfügigen Abweichungen zwischen den Teilen, daher ist es entscheidend, dass die CNC-Maschine sich bei jedem leicht unterschiedlichen Teil korrekt kalibrieren kann. Ein On-Machine-Messsystem hilft der Maschine genau dabei.

Das In-Prozess-Messsystem stellt Genauigkeit bei der Bearbeitung als Sekundärprozess sicher, selbst bei geometrischen Abweichungen zwischen Teilen. Es ist besonders nützlich für Teile aus Druckguss und Feinguss.

4. Genauigkeit bei Formen erhöhen

In-Prozess-Messung ist ein besonders wertvolles Asset in der Herstellung von Formen für Spritzguss und andere Gießverfahren. Messsysteme erhöhen die Genauigkeit bei der Bearbeitung von Kernen und Kavitäten, was zu besseren Formteilen und geringerer Abhängigkeit von Nachbearbeitung von Kunststoffteilen führt, wo Unvollkommenheiten durch minderwertige Formen korrigiert werden müssten.

Formenbau kann von einem On-Machine-Messsystem auf 여러 Arten profitieren – vor, während und nach der CNC-Bearbeitung von Formkomponenten. Vor der Bearbeitung kann ein Messsystem das Werkstück lokalisieren, zusätzlich die Teileausrichtung und -rotation bestimmen. Während der Bearbeitung kann es das Schneidwerkzeug automatisch neu ausrichten und Offsets als Reaktion auf Temperaturänderungen aktualisieren. Und bevor das Teil die CNC-Maschine verlässt, kann das Messsystem formenspezifische Aufgaben ausführen wie Prüfung und Verifizierung des Elektrodenzustands. Jede dieser Funktionen erhöht die Genauigkeit der Formenfertigung und damit die Qualität der Formteile.

Der Einsatz von In-Prozess-Messung kann daher die Qualität, Wiederholgenauigkeit und Genauigkeit bearbeiteter Formen verbessern, während er hilft, variationsbedingte Abweichungen durch Temperaturänderungen zu managen und zu bekämpfen, die zu Merkmalen außerhalb der gewünschten Toleranz führen können.

In-Prozess-Inspektion für Formkavität

Verbesserte Präzisionsbearbeitung

Zusammenfassend bieten On-Machine-Inspektionssysteme für CNC-Maschinen für Werkstätten folgende Vorteile:

• Früherkennung von Fehlern
• Sofortiges Feedback
• Automatische Offset-Korrektur
• Reduzierung des Inspektionsstaus
• Entlastung des KMG-Flaschenhalses
• Reduzierung der KMG-Stichprobenrate
• Reduzierung der Gesamtinspektionszeit
• Ausschussreduzierung
• Produktivitätssteigerung
• Erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit bei Guss- und Schmiedeteilen
• Erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit bei Formkavitäten

3ERP, Spezialist für Rapid Prototyping und Kleinserienfertigung, nutzt Renishaw-Werkzeugmesssysteme für Präzisionsbearbeitung. Seit Einführung dieser Strategie ist die Produktivität gestiegen, und das Unternehmen kann Teile schneller versenden.

Obwohl das KMG ein kritisches Element in 3ERPs Qualitätskontrollverfahren bleibt, haben On-Machine-Messsysteme die Last auf dem KMG verringert, während sie dem eigenständigen Gerät in puncto Inspektionsfähigkeiten nahezu gleichkommen. Entscheidend: Der Schritt kommt sowohl Werkstatt als auch Kunde zugute.