Fertigung einer Lochplatte zur Kalibrierung von Koodinatenmessgeräten

Im Fachbereich 5.5 „Wissenschaftlicher Gerätebau“ wurde eine Lochplatte aus der Glaskeramik „Zerodur®“ hochgenau endbearbeitet. Das Werkstück ist 610 mm X 610 mm groß und 30 mm dick. 80 durchgehende Bohrungen mit einem Durchmesser von 20 mm sind äquidistant in zwei Reihen in den Abständen 30 mm und 80 mm vom Rand angeordnet, siehe Bild 1. Diese spezielle Geometrie ermöglicht durch geeignete Messstrategien die hochgenaue Kalibrierung von Koordinatenmessmaschinen. Ziel der Endbearbeitung der Platte war die Gestaltung der Oberflächen derart, dass die Bohrungen taktil möglichst reproduzierbar erfasst werden können. Die Formfehler der Bohrungen müssen dafür möglichst gering sein, die Oberfläche möglichst glatt.

Die neu angeschaffte Schleifmaschine Typ „500-CPWZ“ des Herstellers Moore besitzt für diese Bearbeitungsaufgabe die geeignete Kinematik. Neben den für Koordinaten-Schleifmaschinen üblichen linearen Bewegungsachsen, die ein kartesisches Koordinatensystem aufspannen, besitzt diese Maschine eine um drei Achsen erweiterte Kinematik, die insbesondere eine hochgenaue Bearbeitung zylindrischer Konturen ermöglicht.

Die einzelnen Fertigungsschritte mussten mit Hilfe von Probewerkstücken im Rahmen von Versuchsreihen entwickelt werden. Dies konnte nur durch die zahlreichen fertigungsbegleitenden Messungen des Fachbereichs 5.3 „Koordinatenmesstechnik“ in der angestrebten Präzision realisiert werden. Sowohl beim Schleifprozess als auch beim anschließenden Polierprozess kommt dem sog. Abrichtprozess des Werkzeugs zentrale Bedeutung zu. Erst wenn das Werkzeug sehr gut auf die zu fertigende Geometrie angepasst und eingearbeitet ist, kann mit dem geeigneten maschinellen Prozess eine derartige Maßhaltigkeit am Werkstück erreicht werden. Die für die Aufgabenstellung relevanten Formfehler der Bohrungen liegen deutlich unter 1 µm. Die Rauheiten der Bohrungsoberflächen liegen durchschnittlich unterhalb von ca. Ra = 30 nm.

Bild 1: Foto der gefertigten Lochplatte aus Glaskeramik mit Abmessungen von 610 mm X 610 mm bei einer Dicke von 30 mm.