Kantenverrundung unter der Lupe

Mit dem Schneidkantenverrundungssensor (SKV) hat die Tübinger Walter Maschinenbau GmbH eine Möglichkeit entwickelt, µm-feine Stirn- und Konturschneidenverrundung an Zerspanwerkzeugen exakt zu vermessen. Der Sensor, der als Option für das Werkzeugmesssystem Helicheck Pro/Plus konzipiert ist, arbeitet berührungsfrei nach dem Autofokusverfahren. Eine CNC-gesteuerte Präzisionsschwenkachse mit einem Schwenkwinkel von 0 bis 90° und einer Positionsauflösung von 0,001° sowie eine 1000fach vergrößernde Präzisionsoptik ermöglichen jetzt auch das Vermessen der Schneidenmikrogeometrie. „Ideal ist unser System für Standard-Kantenverrundungen zwischen zehn und 50 µ“, sagt Oliver Wenke, Leiter des Walter-Entwicklungszentrums für Messtechnik in Garbsen bei Hannover. „Aber auch für kleine Verrundungen im Bereich von drei bis fünf µ eignet sich der Sensor aufgrund der hohen Messauflösung und Wiederholgenauigkeit – sie liegen unter einem µ.“

Zur Schneidenmikrogeometrie gehören die Schneidkantenverrundung, die Schneidenform und die Schartigkeit der Schneidkante. An diesem Thema arbeiten derzeit mehrere Forschungsinstitute und alle namhaften Präzisionswerkzeughersteller. Der Trend geht zu kleineren Kantenverrundungen mit teilweise asymmetrischen Querschnitten. Das Ziel: eine höhere Kantenstabilität und damit längere Standzeiten bei höheren Zerspanleistungen. Dadurch sollen sich insbesondere schwer zerspanbare Materialien sicherer, schneller und wirtschaftlicher bearbeiten lassen. Dass der Schneidkantenradius bis vor Kurzem eher zufällig erzeugt wurde, lag zu einem guten Teil auch an der Schwierigkeit, das Ergebnis präzise zu vermessen und daraus Schlüsse für die Prozessgestaltung zu ziehen. Die Größe der Radien und die daraus resultierende Empfindlichkeit der Schneidkante erfordern spezielle Vorgehensweisen beim Messen. „Die bisherigen Verfahren sind aufwändig oder ungenau“, sagt Wenke. „und mit den derzeit gängigen mikrooptischen 3D-Geräten ist der reine Messvorgang zwar gut und schnell zu machen, aber das Positionieren ist schwierig und der tatsächliche Messort nicht exakt bekannt. Zudem eignen sich diese Geräte oft nur für die Radiusmessung.“ Der SKV-Sensor ermögliche nicht nur, die komplette Mikrogeometrie einer Schneide zu bestimmen, sondern auch alle anderen Profile an Mikrobauteilen. „Dazu ist von entscheidender Bedeutung, dass der Messort exakt, nachvollziehbar und reproduzierbar bestimmt werden kann. Die Kombination mehrerer Kameras ermöglicht eine einfache Orientierung auf dem Werkzeug. Auch dann, wenn das Tool zwischendrin ausgespannt wurde.“ Zeitaufwändiges manuelles Vorpositionieren sei überflüssig. Der Messvorgang dauert weniger als 1 min. Die reine Messzeit liegt bei lediglich 15 bis 20 s. Die restliche Zeit benötigt der Sensor fürs Anfahren der Messstelle. Auf dem Monitor ist dann ein Schneidenausschnitt von 0,3 mm zu sehen.

Voll in die Helicheck-Messmaschine integriert, kann der SKV-Sensor die bereits vorhandenen Systeme nutzen. Dazu gehören vier Kameras, die einen größeren Ausschnitt der zu vermessenden Schneide zeigen. „Auf dem Monitor braucht der Anwender nur zu definieren, wo die Mikrogeometrie vermessen werden soll, der Sensor fährt dann automatisch an diese Stelle“, erläutert Wenke. Durch den Bezug zu anderen Sensoren sind auch absolute Messungen möglich. „Das System bestimmt nicht nur den Radius und die Form der Schneidkante, sondern auch deren exakte Lage im Werkzeug.“

Der Entwicklungs-Chef betont, dass der neue Sensor eine erhebliche Funktionserweiterung der bewährten Helicheck-Messtechnik darstelle. Er lasse sich auch für Standardaufgaben – wie das Vermessen von Frei- oder Spanwinkeln – einsetzen, wenn der normale Sensor an seine Grenzen stößt. „Uns war wichtig, ein Komplettsystem anzubieten, mit dem der Kunde alle Messaufgaben an einem Werkzeug erledigen kann.“ Durch die Integration in die Messsoftware Quickcheck Modular sei das Bedienen und Programmieren einfach und der Schulungsbedarf gering. Zudem lasse sich das Gesamtsystem mit diversen Schleifmaschinen und Qualitätssystemen vernetzen.

Die Messmaschine wiegt 3 t und ist komplett gekapselt. „Dadurch kann sie ohne Weiteres in der Fertigung neben einer Schleifmaschine stehen“, sagt Wenke. Viele der bestehenden Systeme seien dagegen reine Laborgeräte. Erstmals gezeigt wurde das neue Messsystem gerade auf der Sinsheimer Messe Control. Zur Metallbearbeitungsmesse EMO im September in Hannover soll die Serienversion erhältlich sein. hw