Messung der Schneidkante einer Wendeplatte

Mit dem S neox Five Axis ist alles möglich. Steile Winkel und sehr kleine Schnittkantenmessungen von wenigen Mikrometern sind für die optische 3D-Profilierung kein Problem mehr

Wirbeleinsätze werden zur Herstellung von Gewinden verwendet. Der Wirbelvorgang ist komplex, deshalb gibt es viele verschiedene Winkel (Steigungswinkel, Spanwinkel, Freiwinkel) an einer Wendeplatte (Abbildung 1a). Darüber hinaus gibt es Wendeplatten mit bis zu 3 Zähnen auf ihnen. Das macht die Vermessung einer Wendeplatte sehr schwierig.

Bei bisherigen Qualitätsbeurteilungen war man auf einfache optische Geräte zur Beurteilung der Maßhaltigkeit und auf Tastschnittgeräte zur Messung der Rauheit angewiesen. Die Aussagekraft dieser Messungen ist jedoch sehr begrenzt. Außerdem mussten die Teile oft zerstört werden, damit die gewünschte Größe gemessen werden konnte. Um die Qualität unserer Werkzeuge ständig zu verbessern, wird ein flexibles Gerät benötigt, mit dem sowohl die kritischen Abmessungen als auch die Oberflächenrauheit von Schneidwerkzeugen gemessen und beurteilt werden können.

Ziel dieser Fallstudie ist es, den Schneidkantenradius einer Wendeschneidplatte mit einem optischen 3D-Profiler zu messen und die Rauheitsparameter entlang der Kante des Schneidwerkzeugs zu ermitteln. Eine schematische Zeichnung der zu messenden Schneidplatte ist in Abbildung 1b dargestellt.

cs14 Utilis - Schneidkante Einsatz 1

Abbildung 1.a) Einige der Parameter, die bei einem Schneidwerkzeug von Interesse sind. b) Zeichnung der Messplatte. Die rote Linie zeigt das Schneidenprofil, das in dieser Fallstudie untersucht wird.

Der Schneidkantenradius ist sehr wichtig für eine gute Standzeit des Werkzeugs. Für diese spezielle Anwendung haben wir das optische Fünf-Achsen-3D-Profilometer von S neox im HDR-Modus mit Fokusvariation (Sensofar) in Verbindung mit einer 100-fachen Objektivvergrößerung verwendet, um die 3D-Schneidkanten-Topografie einer Wendeschneidplatte zu erfassen (Abbildung 2).

cs14-Utilis-Schneidkanten-Einsatz-2

Abbildung 2. Oben ist die 3D-Topografie einer abgerundeten Schneidkante zu sehen, die mit 100X Ai Focus Variation HDR gemessen wurde. Das transversale Profil ist unten und die Draufsicht rechts dargestellt.

Der Einsatz wurde wie in Abbildung 3 gezeigt mit einem Elevationswinkel von 63,5º gehalten.

cs14-Utilis-Schneidkanten-Einsatz-3

Abbildung 3. Positionierung des Einsatzes unter dem optischen Fünf-Achsen-3D-Profiler von S neox

Nach der Erfassung der Topografie wurden die Daten zur automatischen Datenanalyse an das Plug-in der SensoPRO-Software "Edge" gesendet. Dieses Softwaremodul kann automatisch die Ausrichtung der Schneidkante erkennen und berechnet eine bestimmte Anzahl von Profilen, die quer zur Kante verlaufen. Für dieses spezielle Beispiel wählten wir bis zu 30 Profile aus, aus denen der Schneidkantenradius neben vielen anderen Parametern, die in Abbildung 4 aufgeführt sind, errechnet wurde.

cs14 Utilis - Schneidkanteneinsatz 4

Abbildung 4. Liste der für jedes Profil quer zur Schneidkante berechneten Parameter. Zusätzlich zu diesen Parametern berechnet die Software auch die Rauheit (z.B. Ra, Rq oder Rz) entlang der Schneidkante.

Die SensoPRO-Software ermöglicht die Visualisierung der einzelnen Parameter und liefert einige statistische Angaben zu jedem Parameter (d. h. Mittelwert, Standardabweichung, Minimum und Maximum). Wie in Abbildung 5 dargestellt, beträgt der durchschnittliche Radius von 30 Profilen 5,14 µm mit einer Standardabweichung von ±0,35 µm. In unserem Fall haben wir einen minimalen und einen maximalen Schneidkantenradius von 4,7 bzw. 5,7 µm festgelegt, die im unteren Diagramm in Abbildung 5 (d. h. im orangefarbenen Bereich) zu sehen sind.

Ein letzter Parameter, der von Interesse ist, ist die Rauheit an der Kante des Schneidwerkzeugs. Diese Information wird von der Software automatisch in Form vieler gängiger Standardparameter, wie Ra, Rz und Rq, bereitgestellt. In diesem speziellen Fall hatte die Schneidkante einen Ra von 0,05 µm.

cs14 Utilis - Schneidkanteneinsatz 5

Abbildung 5. Ergebnisse des SensoPRO-Plug-ins "Edge". a) Liste der Schneidwerkzeugparameter. b) Eines der 15 Querprofile mit den entsprechenden Schneidkantenradien, Freiräumen und Spanwinkeln. c) Der Bereich außerhalb der Toleranz (orange dargestellt) in einem Diagramm von Schneidkantenradius (y-Achse) gegen jede Profilnummer von 1 bis 30 (x-Achse). d) Beispiel einer Schneidkanten-Topographie mit den Querprofilen.

Das optische 3D-Profilometer S neox Five Axis ermöglicht es, schnell und flexibel die für die kontinuierliche Verbesserung unserer Werkzeuge notwendigen Schlüsselparameter wie Schneidenradius, Freiwinkel, Spanwinkel oder auch die Rauheit an der Schneide zu ermitteln.

In dieser speziellen Fallstudie haben wir erfolgreich einen durchschnittlichen Schneidkantenradius von 5,14 µm und einen Rauheitswert Ra von 0,05 µm an der Kante des Schneidwerkzeugs gemessen. Diese Informationen konnten mit Hilfe der Ai Focus Variation Technologie, einer 100-fachen Objektivvergrößerung und der anwendungsspezifischen Software SensoPRO (Plug-in "Edge") leicht ermittelt werden.

Drei Messmethoden in einem Sensorkopf (d. h. Konfokal, Ai Focus Variation und Interferometrie) ermöglichen eine sehr flexible Messung verschiedener Messaufgaben an unterschiedlichen Teilen. Von sehr glatten und glänzenden bis hin zu stark texturierten, rauen Oberflächen: Mit dem S neox Five Axis ist alles möglich. Steile Winkel und sehr kleine Schnittkantenmessungen von wenigen Mikrometern sind für die optische 3D-Profilierung kein Problem mehr.