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Labor für Werkzeugmaschinen und Fertigungsverfahren Prof. Dr.-Ing. T. Beck

Werkzeugmaschinen

Versuch:

Kreisformtest

Name: Mat.-Nr.: Gruppe: Ort: Semester Datum:

A15.0.29 WS 2018/2019 15.01.2019

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Note:

Inhaltsverzeichnis Einleitung

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Versuchsziel

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Versuchsaufbau

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Versuchsdurchführung und Auswertung

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Fazit

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Double-Ball-Verfahren

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Quellen

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Anhang Kreisformtest Laborergebnisse

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Freiformtest Laborergebnisse

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Skizze zur Berechnung der Bahnabweichung

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Einleitung Jede Werkzeugmaschine besitzt eine bestimmte Genauigkeit. Diese Genauigkeit ist abhängig, von den Toleranzfeldern der zu bearbeitenden Werkstücke und dem Kundenwunsch. Um dem Kunden diese Genauigkeit zu präsentieren und auch zu protokollieren, dass die Werkzeugmaschine diese auch einhält, gibt es Testverfahren wie den Kreuzgittertest. Dieser Test wird zur Endkontrolle einer Werkzeugmaschine durchgeführt um die gestellten Anforderungen zu überprüfen. Dadurch wird die Qualität der Montage überprüft und gewährleistet dem Kunden letztendlich eine präzise Bearbeitung seiner herzustellenden Werkstücke.

Versuchsziel Dieser Laborversuch dient zur Überprüfung der Werkzeugmaschine. Ein Kreuzgittertest ist ein dynamisches Prüfverfahren, welches Aufschluss über das Bahnverhalten von CNC gesteuerten Werkzeugmaschinen bringen kann. Damit ist es möglich Rückschlüsse auf Rundheit und Bahnabweichung der Werkzeugmaschine zu erhalten. Durch Analyse der Messdaten können Fehleinstellungen und mögliche Ursachen ermittelt werden. Versuchsaufbau Das Kreuzgittermessgerät besteht aus einer runden Messplatte mit einer Kreuzgitterteilung, welches in eine Montageplatte eingebettet ist. Diese Montageplatte wird auf der CNC Werkzeugmaschine auf dem Maschinentisch befestigt. Die Kreuzgitterplatte hat einen Durchmesser von 120mm. Jedes Kreuz auf dem Kreuzgitter ist genau 8µ von dem nächsten Kreuz entfernt. Der dazu gehörende Abtastkopf wird in der Werkzeugspindel befestigt. Während des Tests ist der Abtastkopf 0,5mm +-0,05mm von der Kreuzgitterplatte entfernt. Das Kreuzgittermessgerät gibt für zwei aufeinander senkrecht stehende Achsrichtungen gleichzeitig je zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Messsignale aus, welche anschließend von einem Computer ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt über die HEIDENHAINSoftware ACCOM. Diese ist in der Lage die vom Werkzeug abgefahrene Kontur grafisch darzustellen und die Soll- und Istwerte zu bestimmen. Ein Vorteil dieses Messgerätes ist, dass nicht nur Kreisformtests 3

durchgeführt werden können. Denn dieses Messgerät hat auch die Möglichkeit Freiformtest durchzuführen. Eine elektronische Vervielfältigung des Messsignals ermöglicht eine Auflösung bis ca. 10nm. Versuchsdurchführung und Auswertung Bei dem Versuch im Praktikum werden sechs Messungen durchgeführt. Die Messungen eins bis vier sind für den Kreisformtest und die Messungen fünf und sechs für den Freiformtest. Bei jeder Messung ermittelt der Computer ständig den Lage-Ist-Wert und vergleicht ihn mit dem Lage-Soll-Wert. Bei der ersten Messung verwenden wir eine Vorschubgeschwindigkeit von 1.000 mm/min gegen den Uhrzeigersinn in der x-y-Ebene. Aus der Messung resultiert bei einer Auflösung von 5000µm/div ein perfekter Kreis. Wenn aber die Auflösung höher gestellt wird auf 50µm/div, resultiert aus dem perfekten Kreis eine Ellipse. Dem Ergebnis kann entnommen werden, dass die CNC Werkzeugmaschine fehlerhaft ist. Die erste Ursache für die Abweichung kann die fehlerhafte Rechtwinkligkeit der Achsen zueinander sein. Dieser Fehler hätte einen enormen Korrekturaufwand zur Folge. Die zweite Ursache könnte sein, dass die Kv-Faktoren falsch eingestellt sind. Diese Ursache kann nach wenigen Minuten Arbeit behoben werden. Um ausschließen zu können, dass es an der fehlerhaften Rechtwinkligkeit liegt, wird die zweite Messung erneut mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1.000 mm/min, diesmal aber mit dem Uhrzeigersinn, durchgeführt. Das Ergebnis der zweiten Messung zeigt eine identische Ellipse mit der ersten Messung, welche aber um 90° zum ersten Ergebnis versetzt ist. Die Folge aus dieser Erkenntnis ist, dass an der Einstellung der Kv-Faktoren ein Fehler vorhanden sein muss. Ein Kv-Faktor ist lediglich eine Geschwindigkeitsverstärkung. Es ist eine Konstante, welche das Verhältnis der Ist-Geschwindigkeit zur Lageabweichung (Schleppabstand) im eingeschwungenen Zustand angibt.

Bevor die dritte Messung startet, wird der Kv-Faktor für die x-Achse von 2.000 s-1 auf 3.000 s-1 angepasst. Dadurch sind die Kv-Faktoren für die x- und yAchse gleich groß. Auch bei der dritten Messung bleibt eine 4

Vorschubgeschwindigkeit von 1.000 mm/min. Das Ergebnis der Messung zeigt statt einer Ellipse einen Kreis in der Auflösung von 50 µm/div. Die Rundheit kann überprüft werden. Der Kreis hat einen Radius von 59,995mm. Der Schleppabstand bis zu dem Sollradius von 60 mm beträgt daher 0,005mm. Für die vierte Messung wird die Vorschubgeschwindigkeit auf 10.000 mm/min erhöht. Die Kv-Faktoren bleiben unverändert. Aus den Messdaten geht hervor, dass der Radius eine zu große Abweichung vom Sollwert hat. Der Schleppabstand beträgt hierbei 0,2453 mm. Beim fünften Versuch handelt es sich um den Freiformtest. Das Kreuzgittermessgerät ermöglicht neben einfachen Kreisbewegungen auch Freiformtests in der x- und yAchse. Für die letzten beiden Messungen wird eine komplexere Kontur aus Ecken und Radien abgefahren. Bei der fünften Messung beträgt der Vorschub 1.000mm/min. Die Abweichung zur Sollkontur ist an der oberen Ecke relativ gering. In der sechsten Messung wird der Vorschub auf 10.000mm/min erhöht. Hierbei kann man eine deutlichere Abweichung zur Sollkontur, besonders an der oberen Ecke erkennen. Mit diesem höheren Vorschub, fehlen ca. 4,0mm an der oberen Ecke. Das lässt darauf schließen, dass ein Werkzeug im Eilgang einen größeren Abstand zum Werkstück wählt, damit die Ecken und Kanten des Werkstückes nicht beschädigt werden. Der Durchmesser des Fräswerkzeuges beträgt 20 mm. Aus der Skizze im Anhang geht hervor, dass der Abstand x von der Ecke des Werkstückes bis zur Fräsermitte 14,142 mm beträgt. Das wiederum bedeutet, dass der Fräser in einem Abstand von 4,142 mm vom Werkstück entfernt ist. Eine Abweichung der Istbahn von der Sollbahn ist daher als unproblematisch zu beurteilen. Aufgrund der durch die Geometrie bedingten Abstands zwischen Fräser und Werkstück wird die Ecke trotz Abweichung durch den Fräser nicht verrundet.

Fazit Bei den Abweichungen zwischen Soll- und Istkontur entsteht ein sogenannter Schleppabstand s. Dieser kann durch einen höheren Kv-Faktor verringert werden. Allerdings darf der Kv-Faktor auch nicht zu groß werden, da im System sonst Schwingungen entstehen. Auch bei hohen Vorschüben ist trotz der Erhöhung des KvFaktors kein gutes Ergebnis gewährleistet, da dort höhere Abweichungen zwischen 5

Ist- und Sollwert zu erwarten sind. Zusammenfassend ist zu sagen, dass der KvFaktor eine elementare Größe einer Werkzeugmaschine ist und das System maßgeblich beeinflusst.

Double-Ball-Verfahren Eine Alternative neben dem Kreuzgittertest ist das das Double-Ball-Verfahren. Es kann ebenfalls Messungen von Bahnabweichungen mit gleicher Genauigkeit vornehmen. Dieses Verfahren ist wesentlich kostengünstiger als das Kreuzgittermessverfahren. Aufgrund der Konstruktion des Messgeräts ist nur der Kreisformtest möglich. Das bedeutet bei einem Freiformtest, wie in unserem Praktikum, wäre dieses Messgerät nicht anwendbar und der Bediener müsste auf den Kreuzgittertest zurückgreifen. Das Messgerät besteht aus einem Glasmaßstab in der Mitte, der an den Enden jeweils eine Magnetkugel besitzt. Über eine DreipunktAuflage werden die Kugeln an Werkstückspindel und Tisch aufgenommen. Der Maßstab lässt sich verschieben. Es handelt sich hierbei um eine inkrementale Messung. Die Messung mit dem Double-Ball-Verfahren ermöglicht Messungen großer Durchmesser bis zu 600 mm. Bei der Messung größerer Durchmesser werden Aufsätze verwendet, die an das Messgerät geschraubt werden. Daher ist der Durchmesser des Sollkreises nicht stufenlos einstellbar.

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Quellen Vorlesungsfolien und Mitschriften zum Thema Messung und Beurteilung von Maschineneigenschaften – Kreuzgittertest, WiSE 2018/19, Prof. Dr.-Ing. T. Beck, THM Gießen

Fachkundebuch Metall

Mitschriften aus dem Laborversuch (15.01.2019)

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