DE3902840C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermitt­ lung der Oberflächenstruktur von spanabhebend und insbe­ sondere mit einem Stirnfräser bearbeiteten Werkstück sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Kenntnis der Oberflächenstruktur von bearbeiteten Werkstücken ist aus einer Vielzahl von Gründen von Inter­ esse:
Bspw. ist für das zuverlässige Arbeiten eines Verbren­ nungsmotors die Öl- und Gasdichte der Trennflächen zwi­ schen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf von größter Wichtig­ keit. Die Dichtheit ist nur gewährleistet, wenn die anein­ ander stoßenden Oberflächen möglichst große Planheit auf­ weisen. Deswegen dürfen Abweichungen bei der Fertigung dieser Oberflächen eine vorher festgelegte Grenze nicht überschreiten. Bisher wird die Oberflächenqualität in Stichproben nur qualitativ durch den Maschinenbediener beurteilt. Eine quantitative Beurteilung findet nicht statt, mit der Folge, daß die Werkzeuge häufig weit vor Erreichen ihres Standzeitendes ausgewechselt werden. Die durch den frühzeitigen Werkzeugwechsel entstehenden Kosten (Kosten für Schneidplatten, Arbeitszeit und Stillstands­ zeiten der Maschinen) stellen einen beträchtlichen Kosten­ faktor dar und sollten deshalb verringert werden. Derzeit schwankt die Zahl der bearbeiteten Werkstücke pro Fräser zwischen 500 und 1500.
Aus der DE-AS 19 24 975 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Oberfläche eines Werkstückes bekannt, bei dem Maximum- und Minimum-Werte ermittelt und diese Werte ausgewertet werden. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nicht zur On­ line-Messung beispielsweise an einer Fräsmaschine geeig­ net, da die verwendeten Meßmittel, nämlich insbesondere Tastschnittmeßgeräte auf Grund der Schwingungen der Fräsma­ schine nicht während des Bearbeitungsvorgangs eingesetzt werden können.
Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß in der Regel entlang der Vorschubbewegung unterschiedliche Mate­ rialmengen abzutragen sind, so daß schwankende Bearbei­ tungskräfte auftreten. Durch diese schwankenden Bearbei­ tungskräfte verformt sich das System Werkzeug-Maschine aufgrund der endlichen Steifigkeit des Systems. So kommt es zu Abstandsänderungen zwischen Werkzeug und Werkstück, die sich in einer Unebenheit der gefertigten Oberfläche bemerkbar machen.
Je mehr Werkstücke ein Fräser bearbeitet hat, desto mehr verschleißen seine Schneiden. Der anwachsende Verschleiß erhöht die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug und somit auch die Bearbeitungskräfte, wodurch wiederum die Maschinenverformungen und damit die Abstandsänderungen zwischen Werkstück und Werkzeug zunehmen. So wachsen auch die Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche an, bis sie eine vorgeschriebene Grenze überschreiten und der Fräser ausgewechselt werden muß. Wegen wechselnder Werkstoff- und Schneidstoffhärten variiert die Anzahl der bearbeitbaren Werkstücke pro Fräser sehr stark.
Nach DIN 4760 wird die Summe aller Abweichungen einer bearbeiteten Oberfläche ("Ist-Oberfläche") von der ge­ ometrischen Oberfläche unter dem Begriff "Gestaltsabwei­ chung" zusammengefaßt. Unter der Ist-Oberfläche versteht man das meßtechnisch erfaßte, angenäherte Abbild der wirk­ lichen Oberfläche eines Formelementes. Die geometrische Oberfläche ist eine ideale Oberfläche, deren Nennform durch eine Zeichnung und/oder andere technische Unterlagen definiert ist. Die Gestaltsabweichungen sind nach ihrer Langwelligkeit in sechs Ordnungen unterteilt. Bei der Fertigung von Dichtflächen (Kurbelgehäuse, Turbinenge­ häuse) sind die 1. Ordnung ("Formabweichung") und die 2. Ordnung ("Welligkeit") von ausschlaggebender Bedeutung. Die Ordnungen 3-5 werden als Rauhheitsabweichung bezeich­ net, während die 6. Ordnung den Gitteraufbau des Werk­ stoffs beschreibt. Sie sollen hier nicht weiter berück­ sichtigt werden.
Das gebräuchlichste Prinzip zur Messung von Gestaltsab­ weichungen ist die Abstandsmessung zwischen der zu vermes­ senden Oberfläche und einer Bezugsfläche (Freitastsystem). Das kann berührend und nicht berührend geschehen. In bei­ den Fällen wird ein Tastknopf auf einer Bezugsfläche ge­ führt, die der ideal-geometrischen Fläche des Prüflings entspricht und die nach der zu messenden Oberfläche ausge­ richtet ist. Im Falle der berührenden Messung erfaßt ein Taster, an dessen Spitze eine Diamantnadel angebracht ist, den Abstand zwischen Bezugsfläche und Meßobjekt. Die Aus­ lenkungen des Tasters werden zumeist induktiv oder piezo­ elektrisch in eine abstandsproportionale Spannung umge­ wandelt.
Das von einem Oberflächen-Meßgerät gemessene Profil nennt man "ertastetes Profil". Es enthält die Gestaltsabwei­ chungen der Ordnungen 1-4. Da für die Öldichtheit der bearbeiteten Kurbelgehäuse nur die ersten beiden Ordnungen von Interesse sind, müssen diese langwelligen Anteile durch Tiefpaßfilterung extrahiert werden. Hierfür schreibt die DIN 4774 ein Filter vor, dessen Charakteristik der zweier hintereinander geschalteter RC-Filter entspricht. Die Grenzwellenlängen des Filters soll mindestens das 2,5fache des auf der Oberfläche erzeugten Rillenmusters be­ tragen. Die Meßstrecke, auf der die Gestaltsabweichungen gemessen wird, soll mindestens zwei Wellenlängen des Ober­ flächenmusters enthalten. Das für die Öldichtheit ent­ scheidende Profilmerkmal "Wellentiefe" wird innerhalb dieser Meßstrecke ermittelt; sie ist als Abstand zwischen dem höchsten und dem tiefsten Punkt eines Profiles defi­ niert.
Die scheinbar einfachste Möglichkeit, die zu einem be­ stimmten Zeitpunkt gefertigte Oberflächenqualtität zu überwachen, wäre die direkte Messung der Wellentiefe mit einem Tastkopf. Derartige Messungen sind aber zu zeitauf­ wendig und bedingen darüber hinaus eine Unterbrechung des Fertigungvorganges, so daß diese Verfahren in der indu­ striellen Produktion i.d.R. nicht zu 100%-Stichproben verwendet werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Oberflä­ chenstruktur von spanabhebend und insbesondere mit einem Stirnfräser bearbeiteten Werkstücken anzugeben, die eine Prozeß-begleitende 100%-Messung der gefertigten Werkstücke gestatten.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen 1 bis 11 gekenn­ zeichnet. Im Anspruch 12 ist eine Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine durch den Bearbeitungsvorgang der Bearbeitungsmaschine erzeugte Größe gemessen; die innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs bzw. Zeitfensters auftretenden Maximal- und Minimal-Werte dieser Größe wer­ den bestimmt. Aus diesen Größen und insbesondere aus der Differenz der in einem bestimmten Zeitbereich auftretenden Maximal- und Minimal-Werte (Anspruch 2) wird in Korrelati­ on zum jeweiligen Werkstückort die Oberflächenstruktur des Werkzeugs dadurch bestimmt, daß die gemessenen Größen mit vorher an vergleichbaren Werkstücken aufgenommenen und gespeicherten Werten verglichen werden. Dabei können die Oberflächenfehler 1. und 2. Ordnung der "Referenzfläche" bevorzugt mit dem vorstehend beschriebenen "Tastverfahren" ermittelt werden (Anspruch 6).
In der Literatur ist es zwar vorgeschlagen worden, aus gemessenen Prozeßsignalen, die bspw. die Schwingungen eines Bohrers angeben, den Verschleißzustand des Werkzeugs indirekt zu ermitteln. Es ist jedoch bislang nicht in Betracht gezogen worden, derartige Prozeßsignale auch zur Bestimmung der Oberflächenstruktur heranzuziehen, da zwi­ schen Werkzeugverschleiß und Oberflächenqualität kein direkter Zusammenhang besteht und bei bestimmten Oberflä­ chen auch mit verschlissenem Werkzeug noch akzeptable Oberflächengüten erzeugt werden können.
Deshalb sind derartige Verfahren in der Vergangenheit im wesentlichen für die Grobzerspanung, bei der große Materi­ almengen getragen werden müssen, ohne daß die Oberflächen­ qualtität eine Rolle spielen würde, in Betracht gezogen. Bei grobzerspanenden Verfahren bestimmt nämlich der Ver­ schleiß das Standzeitende des Werkzeuges, da durch Ver­ schleiß von einem bestimmten Wert an die Bruchgefahr rapi­ de anwächst.
Erfindungsgemäß wird dagegen das Prozeßsignal zur Ermitt­ lung der Oberflächenstruktur und insbesondere der Oberflä­ chenfehler 1. und 2. Ordnung herangezogen (Anspruch 5). Selbstverständlich ist es gemäß Anspruch 11 aber auch möglich, aus der erfindungsgemäß ermittelten Oberflächen­ struktur das Standzeitende des Bearbeitungswerkzeugs zu bestimmen.
Wie bereits ausgeführt, werden erfindungsgemäß in einem "Zeitfenster" die Minimal- und Maximalwerte des Prozeß­ signals ermittelt. Dabei ist es bevorzugt, daß jeder Zeit­ bereich mindestens so groß ist, daß wenigstens eine Werk­ zeug-Umdrehung vollständig erfaßt wird, da nur dann ge­ währleistet ist, daß tatsächlich durch verschlissene Werk­ zeuge hervorgerufene Extremwerte "paarweise" erfaßt werden und bei der Bestimmung der Oberflächenstruktur eingehen (Anspruch 4).
Gemäß Anspruch 3 ist es weiterhin bevorzugt, daß sich die einzelnen Zeitbereiche überlappen; hierdurch ist sicherge­ stellt, daß zueinander gehörende Extremwerte auch einander zugeordnet werden.
In den Ansprüchen 7 bis 10 sind verschiedene Möglichkeiten gekennzeichnet, eine durch den Bearbeitungsvorgang in der Bearbeitungsmaschine erzeugte Größe als Prozeßsignal her­ anzuziehen.
Beispielsweise kann gemäß Anspruch 7 bei einer Fräsmaschi­ ne als durch den Bearbeitungsvorgang erzeugte Größe die Leistungsaufnahme des Spindel-und/oder Vorschubmotors gemessen werden. Nahezu alle Bearbeitungsmaschinen besit­ zen einen Anschluß zur Messung der elektrischen Leistung von Spindel- und Vorschubmotor, so auch daß eine Nach­ rüstung von bestehenden Maschinen problemlos möglich ist.
Weiterhin ist es gemäß Anspruch 8 möglich, als durch den Bearbeitungsvorgang erzeugte Größe die in der Bearbei­ tungsvorrichtung auftretenden Dehnungen zu erfassen. Hierzu kann beispielsweise ein Dehnungsaufnehmer an einer Maschi­ nenstelle angebracht werden, an der infolge der schwanken­ den Bearbeitungskräfte die größten Verformungen zu erwar­ ten sind. Gewöhnlich ist das dort der Fall, wo der Spin­ delkopf am Maschinenständer befestigt ist (Anspruch 9).
Hier kann in der Nähe einer Befestigungsschraube ein Deh­ nungsmeßdübel angebracht werden.
Ferner kann gemäß Anspruch 10 bei einer Fräsmaschine als durch den Bearbeitungsvorgang erzeugte Größe das "Nicken" des Fräsers erfaßt werden. Aufgrund der schwankenden Bear­ beitungskräfte verschieben sich Fräserkörper und Spindel­ kopf gegeneinander. Dieser variierende Abstand kann mit Hilfe eines z. B. induktiven Abstandssensors einfach erfaßt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 weist gemäß Anspruch 12 einen Sen­ sor auf, der an der Bearbeitungsmaschine angebracht ist, der die durch den Bearbeitungsvorgang in der Bearbeitungs­ maschine erzeugte Größe erfaßt, und dessen Ausgangssignal an eine Steuereinheit angelegt ist, in der die zuvor er­ mittelten Vergleichswerte gespeichert sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
Fig. 1a-1c eine typische Bearbeitungssituation beim Stirn­ fräsen,
Fig. 2 die Auswertung eines erfindungsgemäß zur Be­ stimmung der Oberflächenstruktur herangezogenen Prozeßsignals,
Fig. 3 eine typische Regreßfunktion ermittelt bei vier Schnittiefen, und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Oberflächenbearbeitung beispielsweise von PKW-Kurbel­ gehäusen, Turbinengehäusen etc. erfolgt mit dem Ferti­ gungsverfahren Stirnfräsen. Es handelt sich dabei um ein spanendes Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Nach DIN 8589 ist es dadurch gekennzeichnet, daß das meist mehrschneidige Werkzeug eine kreisförmige Schnittbewegung ausführt; die gradlinige Vorschubbewegung verläuft senkrecht zur Drehachse.
Fig. 1 zeigt im Teilbild a einen (nicht maßstabsgerechten) Stirnfräser. Die an der Stirnseite des Werkzeuges befind­ lichen Nebenschneiden erzeugen hierbei die Oberfläche. Der Fräser ist (beispielsweise) mit 64 Schneiden ausgerüstet.
Fig. 1b zeigt eine typische Werkstückoberfläche. Während der Bearbeitung wird das Werkstück in Vorschubrichtung unter dem rotierenden Fräser hindurch geschoben, wobei mit voreingestellter Schnittiefe Material abgetragen wird.
Fig. 1c zeigt einen während der Bearbeitung gemessenen Schnittkraftverlauf. Die Schnittkraft weist dort große Werte auf, wo viel Material zu entfernen ist, so am linken Werkstückrand; kleinere Kräfte entstehen an den Stellen, wo sich Zylinderbohrungen befinden, d.h. wo wenig Material abzutragen ist. Durch die schwankenden Bearbeitungskräfte verformt sich das System Werkzeug-Maschine infolge end­ licher Steifigkeit. So kommt es zu Abstandsänderungen zwischen Werkzeug und Werkstück, die sich in der Uneben­ heit der gefertigten Oberfläche bemerkbar machen.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die Fig. 2 folg. das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Dabei werden (exemplarisch) als eine durch den Bearbei­ tungsvorgang in der Bearbeitungsmaschine erzeugte Größe, die zu Bestimmung der Oberflächenstruktur herangezogen wird, drei unterschiedliche Signalarten verwendet, nämlich die Leistungsaufnahme des Spindel- und/oder Vorschubmo­ tors, eine charakteristische Dehnung im Maschinengestell oder das Nicken des Fräsers.
Grundlage der Erfindung ist dabei die Erkenntnis, daß nicht die Höhe des Bearbeitungskraftniveaus für die Wel­ ligkeit der gefertigten Werkstücksoberfläche maßgebend ist, sondern die Größe ihrer Schwankungen (Lastwechsel). Diese steigen sowohl mit wachsendem Werkzeugverschleiß als auch mit zunehmender Schnittiefe und erhöhen so die Wel­ ligkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Lastwechsel als "MinMax-Merkmale" aus den Prozeßsignalen extrahiert. Dazu wird das Prozeßsignal zunächst tiefpaßgefiltert. Die Filtergrenzfrequenz beträgt das Zweifache der Fräserdreh­ frequenz fD. Die Filtercharakteristik entspricht einem RC-Filter mit einer Dämpfung von 12 dB/Oktave.
Fig. 2 zeigt ein so vorverarbeitetes Prozeßsignal über der Bearbeitungszeit aufgetragen. Dabei ist das Prozeßsignal ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens die elektrische Leistung des Spindelmotors.
Über das Signal wird ein Zeitfenster geschoben; innerhalb des Fensters wird das MinMax-Merkmal ermittelt; es handelt sich dabei um die Differenz zwischen Maximum und Minimum innerhalb des Fensters. Das Fenster wird jeweils um 20% der Fensterbreite BF nach rechts verschoben. An jeder Fensterposition wird das MinMax-Merkmal ermittelt. Zum Schluß wird als Ergebnis der Mittelwert über alle Merkmale berechnet. Die Fensterbreite BF ist so zu wählen, daß der Signalverlauf von mindestens einer Fräserumdrehung enthal­ ten ist; sie bestimmt sich zu
BFmin = 1,2 × 1fD.
Bei stark strukturierten Werkstücken sollte sie so groß sein, daß zwei durch die Werkstückstruktur angeregte loka­ le aufeinanderfolgende Extremwerte enthalten sind (hier: BF = 1,5 s). Diese Randbedingungen sind in Anlehnung an DIN 4774 entstanden.
Vor dem Einsatz des Verfahrens in der Prozeßüberwachung sind die Verfahrensparameter einmal für eine Kombination von Prozeßsignal-Maschine-Werkzeugtyp zu ermitteln.
Hierzu wird vor Beginn der Serienfertigung ein Werkstück mit arbeitsscharfem Werkzeug überfräst; die Schnittdaten sind identisch mit den in der Serienfertigung eingestell­ ten. Bei der Bearbeitung wird das mittlere MinMax-Merkmal des erfaßten Prozeßsignals bestimmt. Danach wird mit einem Oberflächenmeßgerät die mittlere Wellentiefe auf dem Werk­ stück gemessen, unter den gleichen Randbedingungen, unter denen das Prozeßsignal-Merkmal extrahiert wurde (gleiche Grenzfrequenz, gleiches FB). Dieses Vorgehen wird mit um 50% erhöhter Schnittiefe solange wiederholt, bis die mit­ tlere Wellentiefe der Werkstücksoberfläche den vom Motor­ hersteller festgelegten Grenzwert überschreitet. Die so gefundenen Wertepaare (gewöhnlich zwischen 3 und 6) von mittleren MinMax-Merkmalen und Wellentiefen werden durch eine Regressionsfuntion nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate angenähert (siehe Fig. 3).
Für die Prozeßsignale Dehnung und elektrische Leistung ist sie eine Gerade; im Falle des Spindelnicksignals kommt ein Polynomansatz 3. Ordnung in Frage.
Die Ermittlung der Verfahrensparameter ist auch parallel zur Serienfertigung denkbar. Hier müßten die für die Re­ gressionsfunktion benötigten Prozeßsignal- und Oberflä­ chenmerkmale in Stichproben während der Lebensdauer eines Fräsers ermittelt werden.
Nachdem die Verfahrensparameter einmal festgelegt sind, kann die Serienfertigung überwacht werden. Während jeder Überfräsung wird das mittlere MinMax-Merkmal bestimmt; daraus wird mit Hilfe der vorher berechneten Regressions­ kurve die Welligkeit der gefertigten Oberfläche geschätzt. Übersteigen nun die geschätzten Welligkeiten einer vorher festzulegenden Anzahl aufeinanderfolgender Werkstücke den Grenzwert, so ist der Fräser auszuwechseln.
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Überwachungsvor­ richtung, die das vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren verwendet:
Das Ausgangssignal eines Sensors, der eines der vorstehend aufgeführten Prozeßsignale erfaßt, ist an einen Vorver­ stärker angelegt, der das Sensorsignal an den Span­ nungsbereich des Analog-Digital-Umsetzers anpaßt. Für unterschiedliche Fräserdrehfrequenzen fD wird die Grenz­ frequenz eines zwischengeschalteten 2-poligen RC-Tiefpas­ ses einstellbar ausgelegt; sie ist jeweils doppelt so groß wie die Fräserdrehfrequenz. Für die zu erwartende Prozeß­ signaldynamik genügt ein Analog-Digital-Umsetzer mit einer Auflösung von 8 Bit. Die Abtastrate wird zu 30 fD einge­ stellt. Dies bedeutet bei üblichen Fräserdrehzahlen eine Umsetzrate von maximal 300 s-1.
Die notwendigen Eingaben werden über eine Zehnertastatur eingegeben. Über eine Schnittstelle zur NC-Steuerung (NC: Numerical Control) könnten Daten wie Fräserdrehfrequenz, Grenzwerte für Welligkeit und Fensterbreite alternativ in das Überwachungsgerät eingelesen werden. Während der Werk­ stückbearbeitung stellt die numerische Steuerung ein Tor­ signal bereit, das den Digitalisiervorgang steuert. Der Mikrorechner kann aus einem Single-Chip-Mikroprozessor mit externem Halbleiterspeicher bestehen. Er steuert den Ab­ lauf des oben beschriebenen Verfahrens im Lern- und Über­ wachungsbetrieb:
  • 1. Abspeichern der aktuellen Sensordaten
  • 2. Berechnung des mittleren MinMax-Merkmales für jede Überfräsung
  • 3. Berechnung der Regressionsfunktion
  • 4. Schätzung der aktuellen Welligkeit und Schätzung der Fräserrestlebensdauer mittels linearer Extrapolation
  • 5. Anzeige Standzeitende.
Darüber hinaus stellt er noch die Grenzfrequenz des Tief­ paßfilters und die Abtastfrequenz für den Analog-Digital- Umsetzer ein. Bis auf das Abspeichern der aktuellen Sen­ sordaten werden alle anderen Aktionen in der Bearbeitung­ spause zwischen zwei Werkstücken erledigt; die Länge der Werkstückwechselzeit beträgt üblicherweise bis ca. 5 s. Die Rechnungen, die während dieser Zeit durchzuführen sind, können von handelsüblichen Single-Chip-Mikroprozes­ soren ohne Probleme abgearbeitet werden.
Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch ohne Beschrän­ kung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenstruktur von spanabhebend und insbesondere mit einem Stirnfräser bear­ beiteten Werkstücken, dadurch gekennzeichnet,
daß eine durch den Bearbeitungs­ vorgang in der Bearbeitungsmaschine erzeugte Größe gemes­ sen und die innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs auf­ tretenden Maximal- und Minimalwerte dieser Größe bestimmt werden, und
daß zur Ermittlung der Oberflächenstruktur des Werkstücks während des Bearbeitungsvorgangs die ermittelten Maximal- und Minimalwerte in Korrelation zum jeweiligen Werkstückort mit Vergleichswerten verglichen werden, die in Zuordnung zu einer bestimmten Oberflächenstruktur an vergleichbaren Werkstücken vorher aufgenommen und gespeichert worden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Differenz zwi­ schen dem in einem bestimmten Zeitbereich auftretenden Maximal- und Minimalwert bestimmt und mit den gespeicher­ ten Vergleichsdifferenzen verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zeitbereiche sich überlappen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitbereich mindestens so groß ist, daß wenigstens eine Werkzeug-Umdrehung voll­ ständig erfaßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenfehler 1. und 2. Ordnung ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenfehler der zur Ermittlung der Vergleichswerte herangezogenen Oberfläche mit einem Taster ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fräsmaschine als durch den Bearbeitungsvorgang erzeugte Größe die Leistungs­ aufnahme des Spindel-und/oder Vorschubmotors gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als durch den Bearbeitungsvor­ gang erzeugte Größe die in der Bearbeitungsvorrichtung auftretenden Dehnungen erfaßt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung an der Stelle erfaßt wird, an der der Spindelkopf am Maschinenständer befestigt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fräsmaschine als durch den Bearbeitungsvorgang erzeugte Größe das "Nicken" des Fräsers erfaßt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ermittelten Oberflä­ chenstruktur das Standzeitende des Bearbeitungswerkzeugs bestimmt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bearbeitungsmaschine ein Sensor angebracht ist, der die durch den Bearbeitungs­ vorgang in der Bearbeitungsmaschine erzeugte Größe erfaßt, und dessen Ausgangssignal an eine Steuereinheit angelegt ist, in der die zuvor ermittelten Vergleichswerte gespei­ chert sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051254A1 (de) * 2000-10-16 2002-05-02 P Ottlinger Verfahren und Anordnung zur Prognose der Verschleißneigung von im Gebrauch reibungsbeanspruchten, durch spanabhebende Verfahren hergestellten Bauteilen

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1213076B1 (de) 1995-07-24 2004-12-22 JFE Steel Corporation Gerät zum Oberflächenbearbeiten von heissgewalzten Stahlmaterialien
DE102004019931B4 (de) * 2004-04-21 2012-01-05 Schneider Gmbh & Co. Kg Korrekturverfahren für Zerspanungsmaschinen
JP6062533B2 (ja) * 2013-03-29 2017-01-18 株式会社牧野フライス製作所 ワークの加工面評価方法、制御装置および工作機械
DE102018210463A1 (de) * 2018-06-27 2020-01-02 MTU Aero Engines AG Verfahren zum Prüfen zumindest eines Teilbereichs eines Bauteils und Prüfvorrichtung zum Prüfen zumindest eines Teilbereichs eines Bauteils
DE102019105061A1 (de) * 2018-11-14 2020-05-14 Jenoptik Industrial Metrology Germany Gmbh Verfahren zur Vermessung der Oberfläche von Werkstücken
CN111037365B (zh) * 2019-12-26 2021-08-20 大连理工大学 基于生成式对抗网络的刀具状态监测数据集增强方法
DE102022118558A1 (de) 2022-07-25 2024-01-25 Audi Aktiengesellschaft Verfahren und Computerprogramm zum Bestimmen einer Beschaffenheit einer strukturierten Oberfläche eines Bauteils sowie Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Bearbeitung einer solchen Oberfläche

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1263699A (en) * 1968-05-16 1972-02-16 Rank Organisation Ltd Improvements in or relating to measuring devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051254A1 (de) * 2000-10-16 2002-05-02 P Ottlinger Verfahren und Anordnung zur Prognose der Verschleißneigung von im Gebrauch reibungsbeanspruchten, durch spanabhebende Verfahren hergestellten Bauteilen
DE10051254C2 (de) * 2000-10-16 2003-01-30 Htw Dresden Verfahren und Anordnung zur Prognose der Verschleißneigung von im Gebrauch reibungsbeanspruchten, durch spanabhebende Verfahren hergestellten Bauteilen

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DE3902840A1 (de) 1990-08-23

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