Zuverlässiges Messen in Drehbearbeitungszentren unter widrigen Bedingungen

Werkstücke automatisiert in Drehzentren zu messen, ist anspruchsvoll. Schliesslich sind die eingesetzten Messsysteme ständig Späneflug, Kühlschmiermittel und Vibrationen ausgesetzt. Eine Lösung mit dem Messtaster TC61 von Blum-Novotest.

Ein Beitrag der Firma Blum-Novotest

Die Maschinen des Drehmaschinenherstellers Schuster arbeiten immer mit einer vertikal stehenden Werkstückspindel, je nach Aufgabe kommen Hauptspindel, Gegenspindel oder ein Mittendrehaggregat zum Einsatz. Je Arbeitsraum werden bis zu zwei Revolver oder auch Fräs- sowie Schleifaggregate eingesetzt, sodass Dreh-, Fräs- und Schleifbearbeitung in einer Aufspannung durchgeführt werden können. Die Maschinen sind immer mit X- und Z-Achse ausgestattet, welche sich abhängig vom Maschinentyp in der Spindel oder dem Revolver / Aggregat befinden. Die Spindel hat im Regelfall auch eine C-Achse. Die Y-Achse ist bei Bedarf als Option verfügbar und damit wie im Drehbereich üblich bei vielen Maschinen nicht vorhanden.

«Das Messen im Arbeitsraum ist ein integraler Bestandteil unserer Bearbeitungsprozesse», stellt Christian Moser, Projektleiter von Schuster Maschinenbau, fest. «In vielen Produktionsprozessen wird ein Durchmesser zunächst mit Aufmass vorbearbeitet und dann auf Endmass geschliffen oder gedreht. Dazu ist es erforderlich, zwischen den beiden Schritten den aktuellen Durchmesser automatisiert zu messen und den Schleif- bzw. Drehvorgang entsprechend anzupassen. Um nicht etwaige Rundlauffehler oder den Temperaturgang der Maschine mitzumessen, ist hier eine Zweipunktmessung – ähnlich wie bei einer Bügelmessschraube – notwendig.»

Messtasters TC61 und der speziell entwickelte Tasteinsatz

Moser setzte sich mit dieser nicht alltäglichen Anforderung mit Uwe Fischer vom Messtechnikspezialisten Blum-Novotest in Grünkraut in Verbindung. Mit Blum verbindet Schuster eine jahrelange Zusammenarbeit. In den Drehmaschinen des Herstellers wurden – je nach Kundenanforderung – schon diverse Blum-Messtaster und Lasermessgeräte installiert. «Früher hatten wir meist Messtaster mit Infrarot-Übertragung im Einsatz, heute sind die Taster in unseren Maschinen überwiegend per Funk mit der Steuerung verbunden. Diese lassen sich einfacher in die Maschinen integrieren, da keine Sichtverbindung zwischen Messtaster und Empfänger erforderlich ist», ergänzt Moser.

Da viele Schuster Anlagen nicht mit einer Y-Achse ausgestattet sind, entfällt die Möglichkeit, das Werkstück mit einem Standard-Tasteinsatz vorn und hinten an zwei Punkten anzutasten, um den aktuellen Durchmesser zu erfassen. Es musste also eine andere Lösung gefunden werden. Blum präsentierte diese in Form des Messtasters TC61 und eines speziell entwickelten Tasteinsatzes.

In zwei Achsen geführtes bidirektionales Messwerk

«Das Besondere am TC61 ist das in zwei Achsen geführte, bidirektionale Messwerk. Im Gegensatz zu sonst typischen Messtastern können dadurch nicht nur drückende, sondern auch ziehende Messungen hochpräzise durchführt werden. Zudem erfolgt die Schaltsignalgenerierung per Abschattung einer Miniaturlichtschranke im Inneren des Messtasters, was ihn verschleissfrei und somit sehr langlebig macht,» erklärt Fischer.

Dieses aussergewöhnliche Messwerk macht es möglich, den TC61 mit relativ schweren Tasteinsätzen – in diesem Fall einem Messbügel – auszustatten. Soll nun wie bei Schuster Maschinenbau der Durchmesser einer Welle erfasst werden, lässt sich dies ganz einfach per Zweipunktmessung durchführen. Dazu wird der sich im Revolver befindende TC61 horizontal eingeschwenkt und über die X-Achse je eine Messbewegung ziehend und drückend durchgeführt. Zusätzlich wird in manchen Anlagen eine Tastkugel am äussersten Ende des Bügels angebracht, um beispielsweise Längen, Nullpunkte oder Stufen messen zu können. Die Messbügel bietet Blum ab 35 Millimeter maximalem Messdurchmesser in diversen Abstufungen bis 73 Millimeter an. Bis 50 Millimeter Nenndurchmesser bestehen die Bügel aus Stahl, die grösseren Versionen dann aus Aluminium, um die Kräfte auf das Messwerk nicht zu gross werden zu lassen.

Wiederholgenauigkeit auf der Maschine von 1,5 – 2 µm

«Das Messen des Durchmessers beim Aufmassschleifen ist die Voraussetzung für die Einhaltung der wirklich engen Toleranzen», berichtet Moser. «Wir setzen an den X-Achsen hochpräzise Glasmassstäbe ein, um den Taster möglichst präzise positionieren zu können. Die Messungen werden in der Aufwärmphase der Maschinen öfter vorgenommen. Sobald sich die Temperaturen stabilisiert haben, wird seltener gemessen – auch so lassen sich die Taktzeiten insgesamt kurz halten. Die Zweipunktmessung lässt sich sehr schnell durchführen und wir erreichen eine Wiederholgenauigkeit auf der Maschine von 1,5 – 2 µm.»

Die Messungen mit dem Blum-Taster ermöglichen die Kompensation des Temperaturgangs ebenso wie der unvermeidbaren Abnutzung der Schleifscheibe. «In der Serienfertigung darf es keinen Ausschuss geben», unterstreicht Moser, «da muss jeder Bearbeitungsvorgang über Monate und Jahre und Tausende von Werkstücken in der Toleranz bleiben. Das lässt sich nur mit laufender, prozessbegleitender Messung erreichen.»

Was der Messtaster alles verkraften muss

Dabei wird der Messtaster im Bearbeitungsraum nicht geschont. Während der Bearbeitung beträgt der Kühlmitteldruck bis zu 60 bar – dieser Strahl trifft indirekt auch den Messtaster im Revolver gegenüber. «Wir nehmen keine Rücksicht auf den Taster», schmunzelt Moser. «Auch Späne und Schleifstaub bekommt der Messtaster ab, das ist in Drehzentren einfach anders als in Fräszentren, in denen die ungenutzten Werkzeuge sicher im Werkzeugmagazin untergebracht sind.» Auch die Bewegung des Revolvers selbst, der bei jeder Positionierung des Werkzeugs in einer Verzahnung fixiert wird, erzeugt nicht unerhebliche Schläge auf den gesamten Revolver und damit auch auf den Messtaster. Das verkraftet der Blum-Taster jedoch problemlos.

Komplettfertigung von Elektromotorwellen von Schuster

In diesem gelungenen, kurzweiligen Video wird gezeigt, wie Elektromotorwellen Schritt für Schritt auf den einzelnen Stationen gefertigt werden.