Sie sind hier
E-Book

Charakterisierung und Vermessung einer Fräsmaschine: Genauigkeit und Grenzen der Werkzeugmaschinen

AutorStefan Schwarzwälder
Verlagdisserta Verlag
Erscheinungsjahr2015
Seitenanzahl146 Seiten
ISBN9783954256198
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis39,99 EUR
Voraussetzung für eine rationell geführte Fertigung ist u.a. eine genaue Kenntnis quantitativer Angaben über Genauigkeit und Grenzen der eingesetzten Werkzeugmaschinen und Fertigungsmittel. Dies gewinnt zunehmend unter dem Aspekt der Automatisierung und der sich dadurch ergebenden geringeren direkten Eingriffe des Menschen in den Fertigungsprozess an Bedeutung. Im Vordergrund des Interesses stehen dabei die optimale Anpassung an die Fertigungsaufgabe und die wirtschaftliche Nutzung. Infolgedessen werden die für Kontrollen und Messungen erforderlichen Aufwendungen ganz erheblich reduziert. Festgestellte Abweichungen lassen sich einfach korrigieren. Die Genauigkeit einer CNC-Maschine wird nach verschiedenen Gesichtspunkten beurteilt. Im Folgenden werden die eingesetzten Messmittel in ihren physikalischen Grundlagen beschrieben, die unter dem Aspekt der Versuchsdurchführung zugehörigen Spezifikationen - wie beispielsweise Genauigkeit, Fehlerquellen und Richtlinien zur Handhabung - diskutiert und ein Versuchsplan erstellt, der die signifikanten Kennwerte und Kenngrößen zur Charakterisierung der Dynamik enthält. Die Versuchsdurchführung umfasst Hinweise und Richtlinien zum konkreten Messaufbau, der Darstellung der Ergebnisse sowie deren Auswertung und Erläuterung.

Stefan Schwarzwälder, Dipl.-Ing. Maschinenbau, wurde 1977 in Karlsruhe geboren. Sein Studium an der Universität Karlsruhe (TH) schloss er mit Auszeichnung ab. Bereits während des Studiums war er u.a. für das Institut für Werkstoffkunde sowie das Institut für Experimentelle Kernphysik als Tutor tätig. Nach dem Studium lehrte er ein halbes Jahr an der Bildungsakademie Karlsruhe, bevor er das Referendariat für Lehramt an beruflichen Schulen antrat. Seit 2004 ist er Lehrer für Mechatronik und Physik an der Carl-Engler-Schule, der er auch als Bereichsleiter vorsteht. Zudem ist er weiterhin als Honorarreferent für die Bildungsakademie, das KIT sowie im Bereich von Firmenschulungen tätig und leitet Fortbildungen des Regierungspräsidiums Karlsruhe. Er verfasste bereits mehrere Bücher, u.a. zu den Bereichen Werkzeugmaschinen, Pädagogik und Physik.

Kaufen Sie hier:

Horizontale Tabs

Leseprobe
Textprobe: Kapitel 2.1.2, Kreisformtester: Nahezu alle Maschinenbaufirmen arbeiten heutzutage mit modernen CNC-Maschinen mit Positioniereinrichtungen, um die Herstellung ihrer Produkte zu automatisieren. Diese Maschinen verfügen über ausgezeichnete Wiederholungseigenschaften und sind die wirtschaftlichste Lösung bei mittleren Losgrößen. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass Bearbeitungsqualität und - genauigkeit immer nur so gut sind wie die Anlage selbst [REN-92]. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Untersuchung des geometrischen und kinematischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen ist der Kreisformtest, bei dem die absolute Genauigkeit einer von der CNC-Steuerung interpolierten Kreisbahn vermessen wird. Kreisformtests mit großen Radien geben Auskunft über die Maschinengeometrie, wohingegen bei kleinen Kreisradien der Einfluss der Dynamik der Vorschubantriebe beurteilt wird. 2.1.2.1, VORTEILE DES KREISFORMTESTS: Ein Verfahren zur Überprüfung des ordnungsgemäßen Betriebs einer Anlage besteht darin, ein Testwerkstück zu bearbeiten und anschließend die Genauigkeit des Teils mit einem Koordinatenmessgerät zu überprüfen (Richtlinien hierfür finden sich unter anderem in der VDI 2851). Dieser Vorgang nimmt natürlich viel Zeit in Anspruch, da für die Einstellung der Anlage mehrere Stunden und danach für den genauen Schnitt ebenfalls einige Stunden benötigt werden. Dieses Vorgehen ist außerdem unwirtschaftlich, da Rohmaterial verbraucht und Schneidwerkzeuge zusätzlichem, unproduktivem Verschleiß ausgesetzt werden. Eine Alternative ist die Überprüfung der Anlage durch einen Kreisformtest, der die gleichzeitige Bewegung von zwei linearen und nominell lotrechten Achsen umfasst, deren kombinierte Bewegungen einen Kreis beschreiben. Dieser Vorgang lässt sich auf den meisten CNC-Anlagen leicht programmieren und zeigt Fehler und Ungenauigkeiten in der numerischen Steuerung, in den Antrieben und den Achsen der Maschine auf. Insofern zeigt sich der Kreisformtest als werkstattorientiertes Verfahren, der unter anderem nach Kollisionen durch Programmierfehler ('Crashs') Anwendung findet, da sich durch Verwendung und Interpretation der Messergebnisse relativ schnell eine Aussage über eventuelle Beschädigungen treffen und formulieren lässt. 2.1.2.2, AUFBAU DES RENISHAW-BALLBAR-VERFAHRENS: Das Renishaw Ballbar-Verfahren basiert auf dem geschilderten Ablauf und bietet außerdem den Vorteil der Datenerfassung im Computer. Der wichtigste Faktor im Renishaw-Verfahren mit einem Kreistest ist ein Präzisionslinearwandler, der sich über den Bereich von etwa 2.5 mm mit einem Messbereich von etwa 1 mm zusammendrücken beziehungsweise expandieren lässt. Er liefert elektrische Signale, die elektronisch in ein für das Programm verständliches Format umgewandelt und damit speicherbar und analysierbar werden. Der Ballbar hat eine nominelle Länge von 100 mm und kann durch Verlängerungsstangen auch größere Bereiche abdecken. Geringere Längen decken den Effekt des Umkehrspiels am besten auf, besonders bei hoher Geschwindigkeit. Größere Längen lassen geometrische Probleme (Achsen aus dem Lot) und Klebeverrutschungen an den Führungen der Achsen sehr gut erkennen, besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten [WEC-5/97]. Zur Entkopplung der Einflüsse einzelner Maschinenachsen wird die Kreisebene so angeordnet, dass die Bewegung nur in zwei Achsen interpoliert wird. Während Tisch- und Werkzeugaufnahme relativ zueinander eine vorprogrammierte Kreisbahn mit dem Radius R abfahren, erfasst das Messsystem die relativen Verlagerungen, das heißt die Abweichungen von der Sollkreisbahn der Bewegung, welche von der Auswertesoftware in einem Polardiagramm aufgetragen werden. 2.1.2.3, ABLAUF DER DATENERFASSUNG: Nach dem Aufbau des Kreisformtesters wird über die Steuerung eine Kreisbahn vorgegeben und von der Maschine abgefahren. Die Abweichungen zur Idealbahn werden vom Kreisformtester aufgenommen und mittels einer Auswerteeinheit bewertet. Abweichungen von der Idealbahn manifestieren sich bei einem Kreis als Radiusänderungen während des Abfahrens der programmierten Sollbahn. Diese Schwankungen werden fotoelektrisch über eine Beleuchtungsdiode und einen linearen Inkrementalmaßstab erfasst und zur Berechnung an den Computer weitergeleitet. Der Idealweg, den das Messsystem bei der dynamischen Datenerfassung an einem Vollkreis beschreiben sollte, lässt sich in fünf Schritte unterteilen: Starttrigger (1 mm), Einlaufwinkel, Datenerfassungsbogen, Auslaufwinkel und Endtrigger (1 mm). i) Starttrigger: Die Spitze des Messsystems beschreibt einen Weg von maximal 5 mm, der tatsächliche Arbeitsbereich des Messwertwandlers beträgt jedoch circa 2 mm im Zentrum des Maximalweges. Der Messbereich liegt im Arbeitsbereich im Umkreis von circa 1 mm vom Zentrum des Arbeitsbereiches. Bei der dynamischen Datenerfassung geht die Software davon aus, dass das Messsystem außerhalb des Messbereichs startet, bevor der Datenerfassungsprozess beginnt. Sobald der Ballbar in Messbereich bewegt worden ist, beginnt die Software mit der Aufzeichnung und nimmt die Werte auf. Bei der dynamischen Datenerfassung ist es daher wichtig, dass die Ballbarspitze beim Start des Teileprogramms außerhalb ihres Messbereichs liegt. Der erste Schritt, den das Teileprogramm zu vollziehen hat, ist die direkte Bewegung zum Mittelpunkt des Datenerfassungskreises hin, damit der Ballbar mitten in den Messbereich gelangt (Starttrigger). Die Software beginnt mit dem Sampling des Messwertwandlers, sobald die Ballbarspitze in diesen Bereich kommt. Die Bewegung für den Starttrigger beträgt normalerweise etwa 1 bis 1,5 mm. Die Vorschubrichtung verläuft entlang einer der beiden Achsen in der angewählten Ebene. Dies ist nicht obligatorisch, erleichtert aber das Schreiben des Teileprogramms [REN-92]. ii) Ein -und Auslaufbogen: Nach Abschluss des Vorschubs sollte das Teileprogramm damit beginnen, den Ballbar durch zwei Kreise laufen zu lassen, das heißt über 720°, wobei der Radius bei beiden gleich der Nennlänge des Ballbars ist. Wichtig ist hierbei, dass dieser Vorgang nicht unterbrochen wird. Über die vollen 720° werden Daten erfasst, jedoch werden die Daten, die im Ein- und Auslaufbogen erfasst werden, von der Software gelöscht. Sinn und Zweck der Winkelübersteuerungsbogen besteht darin, es der Anlage zu ermöglichen, eine konstante Winkelvorschubgeschwindigkeit zu erreichen, bevor der Durchlauf durch einen Datenerfassungsbogen von 360° gestartet wird, und sicherzustellen, dass diese Geschwindigkeit nicht wieder absinkt, bevor die Datenerfassung bei 360° abgeschlossen ist. Wenn mit Winkelübersteuerungsbogen gearbeitet wird, befindet sich immer ein Übersteuerungsbogen vor und einer hinter dem Datenerfassungsbogen, ein Übersteuerungsbogen allein ist nicht möglich. Außerdem müssen beide Übersteuerungsbogen gleich groß sein. Winkelübersteuerungsbogen von 180° sind ideal bei der Datenerfassung an einem Vollkreis; das Teileprogramm wird dadurch vereinfacht. iii) Datenerfassungsbogen: Damit ist der Bogen von 360° zwischen den beiden Winkelübersteuerungsbogen gemeint, an dem die Software die Daten erfasst und speichert. Die Anlage bewegt die Ballbarspitze mit einer konstanten Winkelvorschubgeschwindigkeit (Bahngeschwindigkeit) um den Datenerfassungsbogen herum. iv) Endtrigger: Der Endtrigger ist der gegensätzliche Vorgang zum Starttrigger, das Messsystem wird in seine Ausgangsposition zurückgebracht. Dadurch werden Messwertwandler und dazugehörige Teile vor Beschädigungen geschützt. Würde der Ballbar nicht in die Ausgangsstellung gebracht und das Teileprogramm erneut gestartet, könnte die Maschine die Achsen so bewegen, dass der Messwertwandler so stark komprimiert würde, bis er oder die Kugelgelenke zerstört würden. Zusammenfassend müssen folgende Punkte bei der dynamischen Datenerfassung und der Entscheidung, wie die Maschine ihre Achsen bei der Steuerung durch ein Teileprogramm bewegen soll, berücksichtigt werden: Das Messsystem wird vor und nach dem Datenerfassungsablauf durch einen Bogen von 180° bewegt, damit die Winkelvorschubgeschwindigkeit stabilisiert werden kann. Die Anlage muss für eine konstante Vorschubgeschwindigkeit programmiert sein. Die Anlage muss den Ballbar gleichmäßig, das heißt ohne zu stoppen, durch die Winkelübersteuerungs - und Datenerfassungsbögen bewegen. Vorgehensweise bei der Datenerfassung auf einem Halbkreis: Zur Erfassung von dynamischen Messdaten auf einem 180°-Kreis bedarf es prinzipiell der gleichen Abschnitten und Schritte wie obig für die Vollkreis-Abtastung beschrieben und erläutert. Allerdings differieren einige Bezeichnungen zur Charakterisierung der Messparameter.
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Charakterisierung und
1
Inhaltsverzeichnis
3
1 Einleitung7
1.1 Motivation7
1.2 Zielsetzung9
1.3 Aufbau der Studie9
2 Grundlagen10
2.1 Messmittel10
2.2 Messen40
2.3 Normen und Richtlinien zur Charakterisierung und Vermessung derMaschine53
2.4 Begriffsbestimmung der Kennwerte und Versuchsplanung56
3 Versuchsdurchführung67
3.1 Beschreibung der Mikro-Fräsmaschine67
3.2 Vermessung der Maschine68
4 Interpretation und Schlussfolgerungen92
4.1 Minimale und Maximale Bahngeschwindigkeit92
4.2 Beschleunigungs– und Verzögerungszeiten und –wege92
4.3 Vorschubkonstanz93
4.4 Positionierzeit
94
4.5 Geschwindigkeitsverstärkung95
4.6 Kreisformtests95
5 Zusammenfassung und Ausblick97
5.1 Bewertung der Mikro-Fräsmaschine98
5.2 Optimierungsmöglichkeiten des Planetengewindetriebs100
5.3 Verbesserung des dynamischen Verhaltens mittels Linearmotor102
Anhang105
A.1 Literaturverzeichnis105
A.2 Messprotokolle / Diagramme109
A.3 CNC-Programme139

Weitere E-Books zum Thema: Maschinenbau - Elektrotechnik - Fertigungstechnik

Logistik-Wörterbuch. Dictionary of Logistics

E-Book Logistik-Wörterbuch. Dictionary of Logistics
Deutsch-Englisch/Englisch-Deutsch. German-English/English-German Format: PDF

Das Wörterbuch wurde gründlich bearbeitet und enthält jetzt rund 4000 Neueinträge. Die Sammlung von Logistikbegriffen in Deutsch-Englisch / Englisch-Deutsch mit über 16 000 Eintragungen umfasst alle…

Handbuch Logistik

E-Book Handbuch Logistik
VDI-Buch Format: PDF

Logistik ist einer der Schlüssel zur erfolgreichen Innovation in Wirtschaft und Industrie. Bislang traten beide Disziplinen getrennt voneinander an. Mit diesem innovativen Handbuch liegt nun ein…

Dezentrales vernetztes Energiemanagement

E-Book Dezentrales vernetztes Energiemanagement
Ein Ansatz auf Basis eines verteilten adaptiven Realzeit-Multiagentensystems Format: PDF

Sebastian Lehnhoff entwickelt ein Energiemanagementsystem für dezentrale und vorrangig regenerative Energieumwandlungsanlagen unter verteilter Kontrolle, das den Reserveleistungsbedarf reduziert und…

Logistik

E-Book Logistik
Grundlagen - Strategien - Anwendungen Format: PDF

Zentrale Aufgabe der operativen Logistik ist das effiziente Bereitstellen benötigter Mengen zur rechten Zeit am richtigen Ort. Das Standardwerk behandelt die Grundlagen und das Handwerkszeug zur…

Weitere Zeitschriften

ARCH+.

ARCH+.

ARCH+ ist eine unabhängige, konzeptuelle Zeitschrift für Architektur und Urbanismus. Der Name ist zugleich Programm: mehr als Architektur. Jedes vierteljährlich erscheinende Heft beleuchtet ...

Arzneimittel Zeitung

Arzneimittel Zeitung

Die Arneimittel Zeitung ist die Zeitung für Entscheider und Mitarbeiter in der Pharmabranche. Sie informiert branchenspezifisch über Gesundheits- und Arzneimittelpolitik, über Unternehmen und ...

aufstieg

aufstieg

Zeitschrift der NaturFreunde in Württemberg Die Natur ist unser Lebensraum: Ort für Erholung und Bewegung, zum Erleben und Forschen; sie ist ein schützenswertes Gut. Wir sind aktiv in der Natur ...

CAREkonkret

CAREkonkret

Die Wochenzeitung für Entscheider in der Pflege CAREkonkret ist die Wochenzeitung für Entscheider in der Pflege. Ambulant wie stationär. Sie fasst topaktuelle Informationen und Hintergründe ...

DSD Der Sicherheitsdienst

DSD Der Sicherheitsdienst

Der "DSD – Der Sicherheitsdienst" ist das Magazin der Sicherheitswirtschaft. Es erscheint viermal jährlich und mit einer Auflage von 11.000 Exemplaren. Der DSD informiert über aktuelle Themen ...

Eishockey NEWS

Eishockey NEWS

Eishockey NEWS bringt alles über die DEL, die DEL2, die Oberliga sowie die Regionalligen und Informationen über die NHL. Dazu ausführliche Statistiken, Hintergrundberichte, Personalities ...

elektrobörse handel

elektrobörse handel

elektrobörse handel gibt einen facettenreichen Überblick über den Elektrogerätemarkt: Produktneuheiten und -trends, Branchennachrichten, Interviews, Messeberichte uvm.. In den monatlichen ...