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Optimierung der Genauigkeit fünfachsiger Werkzeugmaschinen

AutorJakob Flore
VerlagApprimus Wissenschaftsverlag
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl185 Seiten
ISBN9783863594824
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis38,27 EUR
Die Optimierung der Genauigkeit fünfachsiger Werkzeugmaschinen durch die vollständige Korrektur der geometrischen Achsfehler ist sehr aufwendig. In der Arbeit werden hierzu zwei Lösungsansätze untersucht. Zum einen wird analysiert, inwiefern übergeordnete Fehler definiert werden können, durch deren Korrektur bereits eine ausreichende Genauigkeitssteigerung erzielt wird. Zum anderen wird ein Kalibrierverfahren entwickelt und qualifiziert, das eine schnellere Identifikation der Fehler ermöglicht.

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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung23
2 Stand der Technik in Wissenschaft und Industrie29
2.1 Fünfachsige Werkzeugmaschinen zur Fräsbearbeitung30
2.1.1 Kinematischer Aufbau fünfachsiger Werkzeugmaschinen30
2.1.2 Kinematik der fünfachsigen Simultanbearbeitung31
2.2 Maschinentechnische Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit32
2.3 Modellierung des geometrischen Maschinenverhaltens36
2.3.1 Arten geometrischer Achsfehler36
2.3.2 Mathematische Beschreibung der Achsfehler38
2.3.3 Volumetrischer Fehler von Mehrachsmaschinen41
2.4 Messtechnische Kalibrierung von Fünfachsmaschinen43
2.4.1 Messmittel zur Kalibrierung44
2.4.2 Messprozesse und Verfahren der Datenauswertung46
2.4.3 Kalibrierung durch Prüfwerkstücke53
2.4.4 Einfluss von Unsicherheiten auf die Kalibrierung54
2.5 Steuerungstechnische Optimierung der Maschinengenauigkeit55
2.6 Zusammenfassende Bewertung59
3 Aufgabenstellung und Zielsetzung61
4 Modellierungssystematik für Fünfachsmaschinen63
4.1 Grundlagen der Modellierungssystematik63
4.1.1 Modellierung einzelner Bewegungsachsen64
4.1.2 Modellierung von Mehrachsmaschinen69
4.2 Exemplarische Modellierung fünfachsiger Werkzeugmaschinen75
4.2.1 Fünfachsmaschine mit Dreh-Schwenk-Tisch76
4.2.2 Fünfachsmaschine mit Gabelkopf77
4.3 Volumetrischer Fehler bei der Simultanbearbeitung78
5 Prozess zur Steigerung der Maschinengenauigkeit83
5.1 Grundlegendes Konzept des Optimierungsprozesses83
5.2 Ausarbeitung von Optimierungsstrategien85
5.2.1 Ableitung und Abgrenzung der Strategien87
5.2.2 Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung der Dominanzen88
5.2.3 Formulierung der Optimierungsstrategien97
5.3 Ausarbeitung des Kalibrierverfahrens100
5.3.1 Grundlegendes Verfahrenskonzept101
5.3.2 Auswahl und Integration eines geeigneten Messmittels103
5.3.3 Mathematisches Verfahren zur Fehleridentifikation106
5.3.4 Messprozess zur Erfassung der volumetrischen Fehler110
6 Demonstrator zur Qualifizierung115
6.1 3D Tastkopf115
6.2 Werkzeugmaschine zum fünfachsigen Simultanfräsen117
6.3 Qualifizierung von Demonstrator und Modell118
7 Qualifizierung der Optimierungsstrategien121
7.1 Vorgehensweise zur Qualifizierung121
7.2 Qualifizierung durch Simulation der Maschinengenauigkeit126
7.2.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Simulation126
7.2.2 Ergebnisse der simulativen Qualifizierung127
7.3 Qualifizierung durch Messung der Maschinengenauigkeit130
7.3.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Messung130
7.3.2 Ergebnisse der messtechnischen Qualifizierung131
7.4 Qualifizierung durch Fertigung von Prüfwerkstücken134
7.4.1 Gestaltung, Fertigung und Auswertung der Prüfwerkstücke134
7.4.2 Ergebnisse der Qualifizierung durch Prüfwerkstücke138
7.5 Abschließende Bewertung der Qualifizierung140
8 Qualifizierung des Kalibrierverfahrens143
8.1 Analyse der Parameter des Kalibrierverfahrens143
8.1.1 Systematik der Analyse144
8.1.2 Festlegung des Spline-Grads147
8.1.3 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messdatenmenge148
8.1.4 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Knotenzahl151
8.1.5 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messkugelpositionen152
8.1.6 Fazit der Analyse153
8.2 Beeinflussung des Verfahrens durch Unsicherheit155
8.2.1 Einfluss der Unsicherheiten der Verfahrensparameter155
8.2.2 Einfluss der Unsicherheiten der Messdaten157
8.3 Exemplarische Anwendung des Kalibrierverfahrens158
8.4 Potenziale zur Verfahrensoptimierung160
8.5 Abschließende Bewertung des Kalibrierverfahrens163
8.6 Handlungsempfehlung zur Optimierung der Genauigkeit165
9 Zusammenfassung und Ausblick167
9.1 Zusammenfassung167
9.2 Ausblick169
10 Literaturverzeichnis173

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