Positionsabweichung Protokoll testiert PDF

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Protokoll für das Labor Werkzeugmaschinen (Klausurzulassung)...

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Grundlagen der Positionierabweichung Unter Positionierabweichung versteht man allgemein die Größe der Differenz zwischen dem LageIstwert und dem Lage-Sollwert für alle Positionierkoordinaten. Mit Positioniergenauigkeit sind die Abweichungen der Positionierachse, d.h. Vorschubachse, gemeint. Das Verfahren zur Messung der Positionierabweichung an Werkzeugmaschinen ist in der Richtlinien VDI/DGQ 3441 bis 3445 festgelegt. Positionierabweichung ist abhängig von:      

Auflösung und Genauigkeit der Wegmesssysteme Elastische Verformungen der Antriebselemente Massenkräfte bei Beschleunigungen und beim Bremsen Reibung und Stick-Slip Tisch- oder Schlittenverschiebungen beim Klemmen Verschleiß der Elemente im Antriebsstrang (Führung, KGT)

Ablauf:   

Bei der Messung wird mehrere Male die Sollposition für jede Achse aus beiden Richtungen angefahren Dabei wird die Ist-Position gemessen und mit der Soll-Position verglichen Anschließend werden die Kennwerte zur Positionierabweichungen berechnet.

Positionsstreubreite (Ps): Statistisch, zufällig bedingte Abweichung von der Sollposition Umkehrspanne (U): Abweichung von der Sollposition, die aus Anfahren aus unterschiedlichen Richtungen resultiert Positionsabweichung (Pa): Reproduzierbare Abweichung von der Sollposition, z.B. durch Unebenheit der Führungen Positionierunsicherheit (P): Summe aller Abweichungen von der Sollposition

Um Positionsfehler an den Bewegungsachsen zu ermitteln, kann man mehrere Messverfahren bzw. Messgeräte anwenden. Die erste Möglichkeit wäre ein Stufenendmaß mit Messtaster. Eine Weitere Möglichkeit wäre ein Laser-Interferometer für z.B. große Verfahrwege. Es gibt drei verschiedene Bewegungsstrategien zum Anfahren der Messpunkte. In unsrem Praktikum wurde das Linearverfahren eingesetzt. Dieses zeichnet sich durch eine kurze Messweglänge und geringe Messdauer für

Abbildung 1 Messaufbau

den gesamten Messablauf aus. Ein Nachteil besteht darin, dass sich ein zeitlicher Versatz beim Anfahren der ersten Messposition aus unterschiedlichen Richtungen aufweist. Pilgerschrittverfahren ist das Gegenteil von Linearverfahren. Es herrscht ein geringer zeitlicher Versatz beim Anfahren der ersten Messpositionen. Nachteil von diesem Verfahren ist, dass es eine große Messweglänge braucht und dadurch sich die Messdauer erhöht.

Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung Das Praktikum Position-Abweichung wurde im Labor an einer CNC-Maschine durchgeführt. Als Messgerät wurde eine Schiene mit einem Kreuzgitter verwendet, welches auf dem Maschinentisch in Richtung der XAchse angebracht war. Zusätzlich wurde eine Messeinheit an Spindel der Fräsmaschine angebracht. Diese optische Messvorrichtung erlaubte uns auf der X-Achse 11 Messpunkte anzufahren. Es wurde in positive als auch in negative Richtung gemessen. Für eine Messung wurde dieser Messzyklus drei Mal Wiederholt. Am Ende wurden über eine Software die Werte für Abbildung 2 Kreuzgitter Messgerät min, U Max, U mit, Ps min, Ps max, Ps mit, P und Pa ausgegeben.

der

U

Auswertung Messachse X Zuerst wurde die Messung mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 10000 mm/min durchgeführt. Als Ergebnis kam für den Mittelwert der Positionsstreubreite Psmit 1,22 µm. Die maximale Abweichung von der Sollposition betrug Umax 1,03 µm und die minimale Abweichung Umin 0,30 µm. Nach 400mm Messlänge betrug die Abweichung ungefähr -26 µm. Das bedeutet, dass der Schlitten bzw. das Werkzeug nach 400mm nicht genau 400mm gefahren ist, sondern etwas davor stehen bleibt. Deshalb wurde der Versuch noch einmal mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1000 mm /min wiederholt. Das Ergebnis verschlechterte sich. Psmit 2,56µm, Umax 1,26 µm, Umin 0,10 µm. Man erkennt zwar, dass die minimale Abweichung besser geworden ist, aber der Rest sich deutlich verschlechtert hat. Normalerweise sollten die Messergebnisse bei einer geringeren Vorschubgeschwindigkeit besser werden. In unserem Versuch war dies aber nicht der Fall. Scheinbar lag ein Fehler an der Maschine.

Abbildung 3 Ergebnisse 10000 mm/min

Abbildung 4 Ergebnisse 1000 mm/min

Diagramme am Ende

Auswertung Orthogonalachse Y Ebenso wurden die Werte der Positionsabweichung auf der Orthogonalachse (Y-Achse) erfasst. Anhand des Diagramms konnte man erkennen, dass die Y-Achse die Gerade verlief. Dies kann aber auch am Kreuzgitter-Messgerät liegen, welches nicht genau zur X-Achse ausgerichtet war. In dem Diagramm konnte man feststellen, dass die Gerade einen Trend aufweist. Um die Absolute

Positionsabweichung der Y-Achse bestimmen zu können, muss man zuerst die Mittelwerte der Abweichungen an den Positionen bilden. Aus den Mittelwerten wurde ein Diagramm erstellt und eine Trendlinie hinzugefügt. Über die Funktion der Trendlinie ließ sich die tatsächliche Abweichung der Orthogonalachse bestimmen. Danach konnte man die tatsächliche Positionsabweichung in einem Diagramm darstellen. Die maximale Streubreite wurde dann über maximale Positionsabweichung minus minimale Positionsabweichung bestimmt. In unserem Versuch betrug die maximale Streubreite 4,083 µm. 0.050

Abweichung [µm]

0.040

f(x) = 0 x − 0

0.030

0.020

0.010

0.000 0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

-0.010

Messlänge [mm]

Quellen Mitschrift Skript von Prof. Beck

300.00

350.00

400.00

450.00...