Der Messraum rückt näher an die Fertigung

Damit am Standort Deutschland weiterhin erfolgreich produziert werden kann, bedarf es neuer Strategien sowohl für die Fertigung als auch für die Qualitätssicherung beziehungsweise für den Messraum. Wie eng Fertigung und Messraum miteinander verknüpft sind, zeigen die Fragestellungen, mit denen der Fertiger täglich konfrontiert wird: Sind es Einzelstücke, Varianten oder Serienteile? Verlangt der Auftraggeber eine Werkstückprüfung zu 100 %? Muss die Maßhaltigkeit der Teile dokumentiert werden? Sind lange Durchlaufzeiten, kostspielige Materialien oder vorgearbeitete Werkstücke ein Risiko für teuren Ausschuss?

Unabhängig von diesen Fragen sind zunächst grundsätzliche Vorgehensweisen zu prüfen. Dazu gehören die Rationalisierung der Prozesse, Maschinen und Werkzeuge, die Reduzierung der Fertigung auf wenige Kernprozesse sowie die Standardisierung auf wenige vollständig bestimmte Fertigungsverfahren. Grundsätzlich ist es dabei wichtig, ungewünschte manuelle Einflüsse durch Automatisierung und In- oder Postprozess-Kontrollen zu vermeiden. Basierend auf Erfahrungen aus der eigenen Fertigung hat Renishaw neue Technologien und Strategien entwickelt, um eine „Null-Fehler-Produktion“ zu erreichen.

Grundsätzlich ist es erst einmal erforderlich, eine stabile Prozessgrundlage zu schaffen. Darunter versteht man die Maximierung der Prozess-. Umgebungs- und Maschinenstabilität. Dies ist die Grundlage und Voraussetzung für einen stabilen Bearbeitungsprozess. Ansatzpunkt zur Schaffung einer stabilen Prozessgrundlage ist das Kennen und Verstehen der Maschinengenauigkeit innerhalb der vorhandenen Umgebungsbedingungen. Regelmäßige Kontrollen der geometrischen Merkmale der Maschine zwischen den Wartungsintervallen sind dabei unabdingbar und können etwa mit einem Kreisformmessgerät durch den Anwender selbst realisiert werden.

Ist diese Grundlage geschaffen, soll die Prozesseinrichtung durch Erfassung und Korrektur kritischer Fehler nur so weit Schwankungen im Werkstück erlauben, wie von der In-Prozess-Regelung korrigiert werden kann. Es sind Strategien auf Basis der automatisierten Werkstück- und Werkzeugmessung. Damit werden unerwünschte manuelle Einflüsse beim Werkzeugwechsel oder bei der Erfassung der Werkstücklage eliminiert und die Fertigungsgenauigkeit erhöht.

Je nach Losgröße korrigiert die In-Prozess-Regelung die Schwankungen, die während der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auftreten können. Das sind zum Beispiel Werkzeugverschleiß oder die Temperaturschwankungen. Die In-Prozess-Regelung schafft die besten Voraussetzungen für eine hohe Prozessstabilität. Hier kommen wichtige Strategien auf Basis der Werkstücktaster und Werkzeugmesssysteme, die bereits in der Prozesseinrichtung verwendet wurden, zum Einsatz. Zur Prüfung wird das zu bearbeitende Werkstück innerhalb oder außerhalb der Maschine gegen rückführbare, von der Fertigungseinrichtung unabhängige Artefakte verglichen. Man verwendet dafür bevorzugt generische Artefakte mit einer Zusammenstellung von Standard-Merkmalen wie Kugeln, Ringe, Längennormale. Mit diesen Artefakten können gesicherte Fertigungstoleranzen von 20 µm (Cpk >1.6) erreicht werden.

Um die Fertigungsgenauigkeit noch weiter zu steigern, werden zuvor auf der Koordinatenmessmaschine gemessene Werkstückreplika (sogenannte Meisterstück) eingesetzt. Damit sind gesicherte Fertigungstoleranzen von 10 µm (Cpk >1.6) erreichbar. Der Vorteil von Werkstückreplika ist die Temperaturkompensation, die quasi gleich mitgeliefert wird, da die geometrischen Merkmale des Prüfteils und des Vergleichsnormals in derselben Umgebungstemperatur erfasst werden.

Je nach Strategie erfolgt eine finale Ergebnisüberwachung, die je nach Anforderung in Stichproben erfolgen kann. Immer mehr Auftraggeber wollen sich jedoch ihrerseits absichern und verlangen eine hundertprozentige Überprüfung aller Teile. Dabei sind die Grenzen zwischen Post-Prozess-Regelung und Post-Prozess-Messung fließend, je nachdem in welchem Maße gewonnene Ergebnisse und Erkenntnisse in nachfolgende Prozesse einfließen. Renishaw bietet dazu zwei unterschiedliche Ansätze, die in den jeweiligen Vorträgen vorgestellt werden.

Zur Ergebnisüberwachung direkt in der Fertigung kommt das neue Prüfsystem Equator 300 zum Einsatz. Dieses System vereint die Vorteile der fertigungsnahen Prüfung wie bei teilebezogenen Lehren mit der Flexibilität und Dokumentationsfähigkeit eines Koordinatenmessgeräts.

Ein weiterer Ansatz ist die Nachrüstung bestehender taktiler Koordinatenmessmaschinen mit der 5-Achsentechnologie Revo. Dabei handelt es sich um einen stufenlos verstellbaren Dreh- und Schwenkkopf, der simultan mit den Achsen der Koordinatenmessmaschine angesteuert werden kann. Die sich daraus ergebenden neuen Messstrategien erhöhen den Messdurchsatz enorm. Für einen Zylinderblock benötigt eine Koordinatenmessmaschine mit dem Revo Dreh- und Schwenkkopf statt 30 nur noch 7 min bei gleichbleibender Genauigkeit. Daraus ergeben sich neue Potenziale, um den Messraum noch näher an den Produktionstakt zu bringen. ■