10. vorlesung - iwf.tu-berlin.de · dx dy dz dj x dj y dj z ermittelbar nicht ermittelbar...
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Folie 1
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
10. Vorlesung
Abnahme von Werkzeugmaschinen
Folie 2
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
• Einleitung
• Grundlagen der Maschinenbeurteilung
• Verfahren zur Maschinenbeurteilung
• Durchführung von Abnahmeuntersuchungen
• Auswertung von Abnahmemessungen
• Trends
Gliederung
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 3
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Entwicklung der Maschinengenauigkeiten
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 1
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 4
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Zu beurteilende Eigenschaften von Werkzeugmaschinen
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 5
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Methoden und Ziele der Maschinenabnahme
Meth
od
en
Direkte messtechnische Erfassung der Maschineneinzeleigenschaften,
bzw. von summarisch zu erfassenden
Eigenschaften mehrerer Maschinenbauteile.
Indirekte messtechnische Erfassung von meist mehreren Einzeleigenschaften über die
Vermessung und Auswertung von mehreren auf der zu
prüfenden Maschine gefertigten Werkstücken
(Bearbeitungstest).
messtechnische Erfassung der
Maschinenkenngrößen hinsichtlich einzelner
Kriterien wie Rundlauf-, Winkligkeits-,
Positionierabweichung u.a.
Bewertung der Maschineneinzeleigenschaften
im Hinblick auf fertigungsbezogene und
lastbedingte Abweichungen vom idealen,
fehlerfreien Verhalten der Maschine.
Abnahmekriterien: Feststellung, ob die
gemessenen Abweichungen in erlaubten
vorgegebenen Toleranzbändern liegen, bzw.
die Grenzwerte überschritten werden.
Nachbesserung der Maschine bzw.
konstruktive Verbesserungsmaßnahmen, wenn
Abnahmekriterien nicht erfüllt sind.
Zie
le
Anschaulicher, allgemeiner Funktionstest der Maschine
durch Beobachtung der Maschinenoperation während der
Bearbeitung der Probewerkstücke. Dient häufig als
Ergänzung zur direkten messtechnischen Erfassung.
Bewertung einzelner, jedoch meist einer Gruppe von
Maschineneigenschaften anhand der Maß-, bzw.
Formabweichungen und Oberflächengüte der gefertigten
Werkstücke.
Abnahmekriterien: Zufriedenstellender Funktionsablauf
der Maschine sowie Einhaltung der Maß-, bzw.
Formtoleranzen und Oberflächengüte der gefertigten
Werkstücke.
Bei Nichterfüllung der Abnahmekriterien ist oft eine
direkte messtechnische Untersuchung notwendig.
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 6
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Erfassung der Maschineneigenschaften
Direkte messtechnische Erfassung. Indirekte messtechnische Erfassung
- im lastfreien Zustand
- meist nur am Prototyp mit anschließender
konstruktiver Verbesserung
- eindeutige Zuordnung von Maschinenfehlern
und deren Ursachen
- Kompensation der ermittelten systematischen
geometrischen Fehler durch die Steuerung
möglich
- sehr aufwendig
Ve
rfa
hre
n
- hauptsächlich unter Schlichtbedingungen
- an Serienmaschinen beim Anwender
- zur Ergänzung der direkten messtechnischen Erfassung
- anschauliches Verfahren, Messergebnis liegt in Form
des Werkstücks vor
- Verwendung definierter Standardwerkstückgeometrien
- keine gezielte Zuordnung von Werkstückabweichungen
zu den Maschineneigenschaften möglich
- Aussagen über Maschineneigenschaften werden durch
Einfluss des Schnittprozesses erschwert
- Fertigung von Probewerkstücken
- Ermittlung der Maschinenfähigkeit
- Ermittlung der Prozessfähigkeit
- Messung von Rundlauf, Geradlinigkeit,
Winkligkeit und Ebenheit von
Maschinenkomponenten
- Positionierabweichung, Kinematik
- Messung der Geräuschemission
- Messung thermischer Verformungen
- Modalanalyse zur Ermittlung dynamischer
Eigenschaften
An
we
n-
dung
V
ort
eile
N
ach
-
teile
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 7
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Ergonomie
Umweltverhalten
• Vibrationen
• Lärm
Sicherheit
Prozess
statisches
Verhalten
Dynamik der
Antriebe,
Einfluss des
Mess-
systems
thermo-
elastisches
Verhalten
dynamisches
Verhalten
Qualität der
mechanischen Bauteile
und des Zusammenbaus
geometrisches und kinematisches Verhalten der belasteten Werkzeugmaschine
geometrisches und
kinematisches Verhalten
der Werkzeugmaschine
Verfügbarkeit
Hydraulik,
Pneumatik
Elektrik,
Elektronik Mechanik
Erfassung der Maschineneigenschaften
Bild: MAG Industrial Automation Systems
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 8
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Vorgehensweise bei der Beurteilung des Maschinenverhaltens
Definition bzw. allgemeine Beschreibung des zu
beurteilenden Merkmals
Erfassung bzw. Messung des zu
beurteilenden Merkmals
Untersuchung der Reproduzierbarkeit,
u. U. statistische Absicherung
Diskussion der Ergebnisse unter Berücksichtigung der
Randbedingungen und Auswertung
Bewertung der Maschine hinsichtlich des erfassten Merkmals
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 9
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Systematische und zufällige Fehler
Fehlerart Merkmale Beispiele
systematische Fehler
zufällige Fehler
- systembedingt
- bei gleichen Randbedingungen für
jeden Messpunkt reproduzierbar
- ausgleichbar, da gesetzmäßig
- auch bei konstanten
Randbedingungen nicht
reproduzierbar
- nicht gesetzmäßig, aber
weitgehend statistischer Natur
- Teilungsfehler der Messsysteme
- innere Wärmequellen
- geometrische Fehler der
Führungen
- Positionsabweichungen
- Umkehrspanne
- Nachgiebigkeiten
- Reibungsverhältnisse (Stick-Slip)
- Lagerluft
- Schwingungen
- Chargeneinflüsse
- Positionsstreubreite
- Werkzeugverschleiß
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 10
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Anforderungen an Verfahren zur Maschinenbeurteilung
ausreichende
Genauigkeit und
Reproduzierbarkeit Bearbeitungsaufgaben
Aussagefähigkeit für
mögliche
Bearbeitungsaufgaben
angemessener
Testaufwand
Anforderungen Anforderungen
Verfahren zur Erfassung von Maschineneigenschaften
-
-
-
-
- geometrische Prüfung
- kinematische Prüfung
- Ermittlung des Last- /
Verformungsverhaltens
-…
Maschinen- und
Prozessfähigkeits-
untersuchung,
zumeist anhand von
Produktions-
werkstücken
Bearbeitungstest
anhand von
Standard-
prüfstücken
Indirekte
Erfassung
Indirekte
Erfassung
Direkte
Erfassung
Direkte
Erfassung
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 11
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Messgeräte zur Abnahme von Werkzeugmaschinen
• Laser-Interferometer
(0,001 µm)
• positionsempfindliche
Fotodiode (PSD) (0,5 µm)
• Laser-Distanz-Sensor (0,5 µm)
• inkrementaler Linearmaßstab
(0,1 µm)
• Messuhr (1 µm)
• Feinzeiger (0,1 µm)
• Mikrokator (0,02 µm)
• Autokollimator
• Inkrementaler Winkelschritt-
geber
Wegmessung Winkelmessung Geschwindigkeitsmessung
Potentiometer-Weggeber (10 µm) Elektronische Neigungswaage
Temperaturmessung kapazitive Weggeber (0,002 µm)
Wirbelstrom-Weggeber (0,05 µm)
induktive Weggeber
Seismischer Drehschwingungs-
aufnehmer (0,02“) Thermoelement
Metallwiderstandsthermometer
Halbleiterwiderstandsthermometer
Dehnungsmessstreifen
piezoelektrische Aufnehmer
Verformungsanalyse
Geräuschmessung Holografie
Speckle-Interferometrie Schalldruckpegelmesser
Beschleunigungs- und
Kraftmessung
optische Messung optische Winkelgeber mechanische Wegmessgeräte
optische Wegmessgeräte
elektrodynamischer Geber
Quarzthermometer
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
• Laser-Interferometer
(Laservibrometer)
Folie 12
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Einflussgrößen auf Abweichungen von WZM
Hers
tellu
ng
Ve
rschle
iß
geometrische Abweichungen der Einzelelemente
Fehler der Führungselemente Spindelsteigungsfehler d. Wegmesssysteme Winkligkeits-, Parallelitätsfehler Ebenheits-, Gradheits-, Rundheitsfehler u. ä.
Montagefehler
- Zusammenbau d. Maschine,
Ausrichten
- Aufstellen d. Maschine
Fehler der Steuerungs- und Antriebssysteme
geometrische und kinematische Abweichung der Maschine
geometrische Abweichung (Lage-, Maß- und Form-
abweichungen der Bauteile)
kinematische Abweichung (Abweichung funktional abhängiger
Bewegungen)
je Achse: Führungsabweichungen (Schlitten, Supporte,
Pinolen)
2 Geradheitsabweichungen
3 Drehungsabweichungen (Neigen, Kippen)
1 Positionierabweichung
Rundlaufabweichung
Teilungsabweichung
je Achspaar: Winkelabweichung für beliebige oder rechte
Winkel
Parallelitätsabweichung
Fluchtungsabweichung
Achskombinationen:
Rotation / Rotation (Getriebe, Verzahnmaschinen)
Rotation / Translation Drehmaschinenleitspindel)
Translation / Translation (Kopiersysteme, Strecken- und
Bahnsteuerungen bei NC-Maschinen)
Mehrachsenkombinationen Verzahnungsmaschinen
1. statisch: Lage und Gewicht des Werkstücks
sowie der bewegten
Maschinenbauteile, stat. Prozesskräfte
2. dynamisch: Beschleunigung, Verzögerung, dyn.
Prozesskräfte
3. thermisch: Maschinenbelastung, äußere und
innere Wärmequellen
4. Klemmung
5. Reibung / Schmierung
6. Maschineneinstelldaten
Belastungsparameter
+
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 13
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Abnahmeuntersuchungen an Werkzeugmaschinen
geometrische + kinematische
Eigenschaften von WZM
kin. + dyn. Eigenschaften der
Vorschubantriebe
Tis
chgera
dheit b
zw
. -e
benheit
Tis
chgera
dheit b
zw
. -e
benheit
Gera
dlin
igkeit d
er
Bew
eg
un
g
Gera
dlin
igkeit d
er
Bew
eg
un
g
Positio
nie
rge
na
uig
keit
Positio
nie
rge
na
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Win
kela
bw
eic
hung lin
ear
bew
egte
r A
chsen
Win
kela
bw
eic
hung lin
ear
bew
egte
r A
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Win
klig
keit m
eh
rere
r A
chsen
zue
ina
nd
er
Win
klig
keit m
eh
rere
r A
chsen
zue
ina
nd
er
Para
llelit
ät von
Bew
eg
un
gsachsen
Para
llelit
ät von
Bew
eg
un
gsachsen
Abw
eic
hung r
ota
torischer
Achsen
(Pla
n-
un
d R
un
dla
uf)
Abw
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torischer
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un
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un
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uf)
grö
ßte
un
d k
lein
ste
Bah
ng
eschw
ind
igkeit
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un
d k
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Bah
ng
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ind
igkeit
kle
inste
Schrittw
eite
kle
inste
Schrittw
eite
Beschle
unig
ungs-
un
d
Positio
nie
rverh
alten
Beschle
unig
ungs-
un
d
Positio
nie
rverh
alten
Kre
isfo
rmte
st
Kre
isfo
rmte
st
Üb
ert
ragu
ng
sverh
alten
de
s
La
ge
rege
lkre
ises
Üb
ert
ragu
ng
sverh
alten
de
s
La
ge
rege
lkre
ises
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 14
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Allgemeine Messprinzipien
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 15
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Geometrische Abnahmeuntersuchungen
Geradheit
Rechtwinkligkeit Rundlauf
Parallelität
Quelle: Weck; M: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 16
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Geradheits- bzw. Ebenheitsmessung mit Laser und PSD
Elektrode 1
Photostrom I1
Substrat
Elektrode 2
Photostrom I2
Gegenelektrode Widerstandsschicht
21
21
II
II1
2
LX
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 17
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Geradheitsmessung mit elektronischer Neigungswaage
Referenzrichtungdes Meßsystems
z
x
Neigungsmesser
Ausrichtefehler b
BxA
a a
A aL B
a’7a’1a’0
a4
a’4
a’1
dz
3
dz’ 3d
z(x
)
Abweichung von der Geradheit:
maxn
0i
i
max
ii
n
0i
n
1arctan
a)z(n
i
(a’)i
a’i
a’i
Prinzip derNeigungswaage
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
α
α
α
Folie 18
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Geradheitsmessung bewegter Achsen
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 19
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Rundlaufmessung (DIN 8605)
Messung desRundlaufes desZentrierkegelsder Arbeitsspindel
(DIN 8605)
Spindelkopf
Zentrierkegel
Wegauf-nehmer
Meßergebnis
Meß-ergebnis
Meßkurve
Referenzkreis
Lageabweichungder Referenzfläche (Zentrier-kegel) zur Spindelachse
Referenzkreis
e
der Referenzfläche(Zentrierkegel)
Formfehler
Form-fehler
Bewegungsfehlerder Spindelachse
Spindel-fehler
ReferenzkreisReferenzkreis
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 20
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Messanordnungen zur Beurteilung von Drehachsen
a
b
c
dx dy dz dj xdj y dj z
ermittelbar nicht ermittelbar
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
dx dy dz djx djy djz
a
b
c
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 21
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Ermittlung von Roll-, Gier- und Stampfbewegungen
Messungen mit Laserinterferometer
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 22
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Kreisformtest
Meßaufbau mitTaster
Kreuzgitter-Meßsystem
Beschleunigungsabhängige Bahnabweichung
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Abtast-
kopf
Trägerplatte
mit
Kreuzgitter
Sollbahn Taster
Taster -0,02mm +0,02mm
0,4m/min 0,6m/min D = 40mm
1,0m/min 1,2m/min
Ausschnitt A: 8μm
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 23
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Ermittlung der Positioniergenauigkeit
Linearverfahren
Pilgerschrittverfahren
Pendelschrittverfahren
kurze Messweglänge und Messdauer
für den gesamten Messablauf
größter zeitlicher Versatz beim
Anfahren der ersten Messposition aus
unterschiedlicher Richtung
geringer zeitlicher Versatz beim
Anfahren aller Messpositionen aus
unterschiedlicher Richtung
größte Messweglänge und
Messdauer für den gesamten
Messablauf
geringster zeitlicher Versatz beim
Anfahren aller Messpositionen aus
unterschiedlicher Richtung
großer zeitlicher Versatz beim
Anfahren von n Messpositionen
+
+
+
-
-
-
1 2 3 4 5 Taster
Spur des
Tastkopfes
Messzyklen
Messpositionen
(Stillstand der
Verfahrachsen)
elektronischer
Messtaster
Stufenendmaß
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 24
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Ermittlung der Positioniergenauigkeit mittels
Laserinterferometer
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Funktionsprinzip der
Laserinterferometrie Quelle: Fa. Polytec
Folie 25
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Bestimmung des kleinsten Schrittweite von
Vorschubantrieben
• treppenförmige Sollwertänderungen• Messung der Bewegungen mittels Laserinterferometer oder über Istwert- ausgang der Maschinensteuerung
• Weg-Zeit-Verhalten bei kleinsten Stellsignalen• verbleibende Wegfehler
• kleinste Schrittweite ist erreicht, wenn die verbleibende Wegab- weichung gleich oder größer als der Sollwert ist (Glättung erforderlich falls Istwert von Schwingungen überlagert)
Vorgehensweise:
Bestimmung von:
Ergebnis:
3
µm
2
1
0
0 2 4 6 8 10 s 14
Ve
rfa
hrw
eg
s
Meßzeit
Schrittweite 1,00 µm
0 2 4 6 8 10 s 14
1,25
µm 0,75
0,50
0,25
0
Ve
rfa
hrw
eg
s
Meßzeit
Schrittweite 0,25 µm
0 2 4 6 8 10 s 14
1,25
µm 0,75
0,50
0,25
0
Ve
rfa
hrw
eg
s
Meßzeit
geglättet
zi
zij
ji
m
m
n21
n2
s1z2
1s
s08,0f
2zT
10z
250Hzf
s;....;s;s
s;....;s;s1
ungeglättete Meßwerte
geglättete Meßwerte
Meßrate
Glättungsparameter
Glättungslänge
Glättungsfunktion
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 26
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Prüfwerkstücke für Fräsmaschinen
Mikroproduktionssysteme (nach: NCG Empfehlung 2007)
- Form-, Lage-, Maßtoleranzen
- Oberflächengüte
- Bearbeitungszeit
HSC-Systeme (nach: NCG Empfehlung 2004)
- Form-, Lage-, Maßtoleranzen
- Oberflächengüte
- Bearbeitungszeit
Quelle: NC-Gesellschaft
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 27
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Prüfwerkstück für HSC-Fräsmaschinen Zylinderstufen:
- Kreisform jedes Stufenabschnitts, Quadrantenübergang
- Durchmesserverkleinerung (Durchmessermaß im Vergleich, Differenzmaß)
Kugelelement:
- Formhaltigkeit
Freiformfläche:
- Formhaltigkeit
- Oberflächenrauheit
- Zeitmessung je Bahnbereich
Kegelstumpf:
- Geradheit der
Mantellinien an den
Quadrantenübergängen
- Kreisform auf mehreren
Ebenen
- Zeitmessung
Bohrbild:
- Mittenabstände
- Rundheit der Mittenbohrung
(bei ausgespindelter
Bohrung)
- Konzentrizität der
Mittenbohrung zum Zylinder
(bei nur zirkular gefrästen
Bohrungen, ohne
Ausspindeln)
Quader 45°:
- Geradheit
- Rechtwinkligkeit
- Parallelität
Kantenpaar und Schrägen 0,5° (optional):
- Geradheit
- Winkligkeit
Quader 90°:
- Geradheit bzw. Achsparallelität
- Parallelität
- Rechtwinkligkeit
Zylinder:
- Kreisform (vor allem an den
Quadrantenübergängen)
- Konzentrizität zur Mittenbohrung
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: NC-Gesellschaft
Folie 28
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Mikroprüfwerkstück für Fräsmaschinen Bohrbild:
- radiale Abweichung
Fräser-Spindel-System
bei Drehzahländerung
- Positioniergenauigkeit
Kugelelement:
- Formhaltigkeit (alle Achsen)
- Interpolationsgenauigkeit (alle
Achsen)
Kreise:
- Positioniergenauigkeit
- Rechtwinkligkeit
- Schleppfehler
- Umkehrspiel
- Kreisform
- Maschinendynamik
Freiformfläche 1:
- Genauigkeit bei
unterschiedlichen
Bearbeitungsstrategien
- Fräserabdrängung
Bahnen:
- Zusammenspiel von
Dreh- und Linearachse
Nutplattform:
- Spindellängung
- kleinste
Schrittweite
Kegel:
- Dynamik der beteiligten
Achsen
45°-Kanten:
- Zusammenspiel von 2
Achsen
- Interpolationsgenauigkeit
von 2 Achsen
Krater:
- Zusammenspiel
aller 5 Achsen
Trapeze:
- Zusammenspiel und
Interpolationsgenauigkeit von 3 Achsen
Fräserorientierung:
- Orientierungs-
genauigkeit des
Fräsers
Freiformfläche 2:
- Genauigkeit bei
der Bearbeitung
mit 5 Achsen
(Rauheit,
Rattermarken)
Flache Schrägen:
- Interpolationsfähig-
keit bei
unterschiedlichen
Geschwindigkeiten
- Umkehrspanne
Quelle: NC-Gesellschaft
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 29
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Beurteilung von NC-Drehmaschinen durch
Einfachprüfwerkstücke
D4 D3
L3
D2 D1
L1
L2
Meißelweg
Neigung1:20
Neigung 1:20
R2
45° (90°)R1
a
Umkehrspanne
Maßabweichung
Bahnabweichung
MechanikSteuerung
SteuerungVorschubantriebeMeßsysteme
MechanikLinear-InterpolatorAntriebeMeßsysteme
MechanikZirkular-InterpolatorAntriebeMeßsysteme
Winkelab-weichungLangsamfahr-verhalten
Einfachprüfwerkstück für NC-Drehmaschinen(nach VDI 2851 Blatt 2)
KonturelementPrüfung Abw. Ursache
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 30
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
y
x
Sollbahn
Istbahn
Ermittlung der kleinsten Bahngeschwindigkeit vBmin
Verstärker Motor
Meßanordnung zur Bestimmung von VBmin
Vorschubeinheit WegaufnehmernumerischeSteuerung
undLage-
reglung
Lagemeßeinrichtung
x(t)
VB
xi
typische Bahnabweichungen bei VB < VBmin
x
t VB < VBmin
VB > VBmin
Grenzkurve
Auswertung des Auswertung des
Messschriebs
Messanordnung zur Bestimmung von VBmin
VB = VBmin
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 31
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Statistische Auswertung der Positioniermesswerte
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 32
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Maschinen- und Prozessfähigkeit
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Maschinenfähigkeit
cm, cmk
Prozessfähigkeit
cp, cpk
Ziel
Rand-
bedingungen
Erfassung des kurzzeitigen Streuverhaltens
des Bearbeitungsergebnisses einer
Maschine unter möglichst gleichbleibenden
Randbedingungen
- betriebswarme Maschine
- ein Werkzeug
- eine Rohteilcharge
- keine äußeren Störeinflüsse
- Abnahme meist beim Maschinenhersteller
Erfassung des langfristigen Streuverhaltens des
Bearbeitungsergebnisses einer Maschine unter
realen Prozessbedingungen
reale Prozessbedingungen
reales Prozessumfeld
Abnahme meist beim Maschinenanwender
Vorgehens-
weise
- mind. 50 Teile hintereinander fertigen
- Merkmale messen und Ergebnis in
Urwertkarten festhalten
- Ergebnis auf Stabilität prüfen
- Standartabweichung und Mittelwert
berechnen
- Fähigkeitsindizes cm und cmk bestimmen
über eine oder mehrere Schichten mind. 20
Stichproben á 5 Teile aus der laufenden
Produktion entnehmen
Merkmale messen und Ergebnis in Regelkarte
eintragen
besondere Störeinflüsse vermerken
Standartabweichung und Mittelwert berechnen
Fähigkeitsindizes cp und cpk bestimmen
Folie 33
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Charakteristische Messwertverläufe für Probewerkstücke
Chaotischer Verlauf(Maschine nicht fähig)
Normalverteilung mit Trend(Prozeß nicht beherrscht)
Normalverteilungc = 1,4
c = 1,17m
mk
T : obere Toleranzgrenze T : untere ToleranzgrenzeO U
1 10 20 30 40 Stück 50
1 10 20 30 40 Stück 50
1 10 20 30 40 Stück 50
T
T
o
U
T
T
o
U
T
T
o
U
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Quelle: Weck, M.: Werkzeugmaschinen – Fertigungssysteme Bd. 5
Folie 34
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Berechnung der Maschinenfähigkeitsindizes
n : Anzahl der Stichprobenelemente x: arithmetisches MittelT : obere Toleranzgrenze e: Exzentrizität der Verteilung
T : untere Toleranzgrenze s: StandardabweichungO
U
n
i
ixn
x1
1
1
2
n
xxs
i
T
xxe
'
UOkrit TxxTMin ; ses 21'
s
TTc UOm
6
sc kritmk
3
zentrierteVerteilung
Hä
ufig
ke
it
TU
s s’ TO
'xx
Toleranzbereich T
e T• krit
exzentrischeVerteilung
Merkmalswert
Toleranzeinengung
1,0 1,5 c 2,5mk
3
1
0
IT-E
inhe
iten
e = 0%
e = 10%e = 20%
99,9999998 %
99,99994 %
99,9937 %
99,73 %
95,44 %
68,26 %
AnteilIntervall
-s, +s
-2s, +2s
-3s, +3s
-4s, +4s
-5s, +5s
-6s, +6s
c -Wertmk
0,33
0,67
1,0
1,33
1,67
2,0
Anteil der Elementeinnerhalb der Toleranz (e=0)
Einleitung Grundlagen Verfahren Durchführung Auswertung Trends
Folie 35
Abnahme von Werkzeugmaschinen
SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 10
Trends • aktuell erfolgt eine internationale Harmonisierung
der Normen zur Abnahme von Werkzeug-
maschinen
• Schwerpunkt hierbei sind 5-achsige
Werkzeugmaschinen
Motivation hierfür:
– grundsätzlicher Trend in Richtung 5-achsiger Maschinen,
insbesondere in Japan
– im Hinblick auf genauigkeitsmindernde Abweichungen
komplexe geometrische und kinematische Verhältnisse
– bislang keine genormten geometrischen und
kinematischen Tests zur Feststellung der Abweichungen
der Rundachsen zusätzlich zu den Linearachsen
- Lageabweichungen,
- Komponentenabweichungen,
- Bewegungsabweichungen.
Bilder: IWF/ETH Zürich
R-Test
R-Test
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