WZM Positionsabweichung PDF

Preview

Summary

Download WZM Positionsabweichung PDF

Description

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

Werkzeugmaschinen

Versuch: 2 – Positioniergenauigkeit Name: Mat.-Nr.: Gruppe: Ort: Semester Datum:

A10.029 WS 2018/2019 18.12.2018

1

Note:

Inhaltsverzeichnis Einleitung

3

Versuchsziel

3

Versuchsaufbau

3

Versuchsdurchführung

4

Versuchsablauf

4

Alternative Messverfahren

6

Quellen

6

Anhang

6

Grafiken -

Grafik 1

-

Grafik 2

-

Grafik 3

Messdaten Diagramme

2

Einleitung Werkzeugmaschinen besitzen für die Fertigung von Werkstücken eine vorher bekannte Genauigkeit, welche von den Toleranzangaben des herzustellenden Werkstückes abhängig ist. Bei dem Bau einer Werkzeugmaschine können die Hersteller diese Genauigkeit schon vorhersagen, durch die Auswahl der entsprechenden Maschinenteile wie z.B. eine Kugelumlaufspindel. Diese Genauigkeit und Einhaltung der Toleranzen, wird jedoch durch zufällige und systematische Fehler beeinflusst und bedarf deswegen einer Korrektur der Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine wird einer Endkontrolle unterzogen, um die geforderten Toleranzen auch mit Gewissheit einhalten zu können. Diese Endkontrolle hat auch den Zweck, dass sich der Kunde wie auch der Hersteller der Qualität der Werkzeugmaschine bewusst ist um die Einsatzmöglichkeiten zu kennen.

Versuchsziel Die Positioniergenauigkeit der Werkzeugmaschine wird durch ein Kreuzgittermessgerät ermittelt. Dieses Messgerät ist in einer linearen wie auch einer radialen Ausführung vorhanden. Ein Kreuzgitter lässt sich vom Aufbau her mit einem Gitternetz vergleichen. Jedes Kästchen innerhalb des Gitternetzes ist 8µm groß und besitzt in genormten Abständen Referenzpunkte. Das zu dem Kreuzgitter gehörende Messgerät kann durch die aus dem Versuch erhobenen Daten ein Ergebnis aufzeigen, welche zufälligen wie auch systematische Fehler in der Werkzeugmaschine vorhanden sind. Zudem können auch Einstellungsfehler an der Werkzeugmaschine ermittelt und anschließend behoben werden.

Versuchsaufbau Bei dem Versuchsaufbau handelte es sich um eine CNC-Fräsmaschine mit drei Achsen. Die X-, und Y-Achse werden vom Maschinentisch verfahren, wobei die ZAchse von der Werkzeugspindel verfahren wird. Das Kreuzgitter wird auf dem Maschinentisch montiert und das Gegenstück der Messeinheit in der Werkzeugaufnahme eingespannt. Somit kann später der genaue Verfahrweg mittels einer Software ermittelt und grafisch dargestellt werden. 3

Versuchsdurchführung Für die Versuchsdurchführung wird über die Werkzeugmaschinensteuerung ein Verfahrweg von 400mm programmiert. Dabei soll die Maschine alle 40mm eine vorher bestimmte Verweilzeit einhalten. In unserem Versuchsaufbau verfährt lediglich der Maschinentisch in der X-Achse. Der Versuch wird dreimal durchgeführt mit jeweils elf Messpunkten. Jeder Messpunkt wird von der positiven wie auch der negativen Seite angefahren, sodass am Ende des Versuchs jeder Punkt sechs Einzelwerte zugeschrieben bekommt. Am Kreuzgittermessgerät ist eine Recheneinheit angeschlossen, welche die Abweichung vom Ist,- zum Soll-Weg errechnet. Mit Hilfe der ermittelten Messdaten der einzelnen Punkte haben wir mit Excel ein Diagramm erstellt, wodurch es möglich war eine Ausgleichsgerade anzufertigen. Anschließend haben wir mittels der der Ausgleichsgeraden die dazugehörige Funktion aufgestellt und haben somit die Abweichung ermitteln können. Die entstandene Differenz wird korrigiert und zeigt somit den Ortogonalitätsfehler des Kreuzgittermessgerätes.

Versuchsablauf Beim ersten Messzyklus wurde die Bewegung mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 10.000 mm/min (Eilgang) auf einem Verfahrweg von 400mm in Abständen von 40mm und einer Verweilzeit von 0,4sec durchgeführt. Das Resultat zeigte auf, dass die IST-Position nicht mit der SOLL-Position übereinstimmte. Das kann die Folge verschiedener Einfluss-Faktoren haben. Zum Beispiel Messgerät nicht exakt kalibriert, Massenträgheit, Führungsfehler oder Wärmeausdehnung. Im zweiten Durchgang haben wir die Positionen im Linearverfahren angefahren. Die Vorschubgeschwindigkeit haben wir auf 1.000mm/min reduziert und die Verweilzeit auf 4 sec erhöht. Das Resultat bei diesem Durchgang war, dass bei dem Wechsel von rechtslauf nach linkslauf eine gewisse Weg-Differenz vorlag, welche in der Fachsprache „Umkehrspanne“ genannt wird. Die Umkehrspanne kann durch zu geringe Vorspannung im Kugelgewindetrieb zustande kommen. Ein weiterer Grund kann ein zu großer Verschleiß an den Zahnrädern sein, wodurch sich das „Spiel“ zwischen den Zahnrädern vergrößert. 4

Um eine genaue Positionierung zu ermöglichen, haben wir die Messdaten ausgewertet und zu jedem Messpunkt einen Mittelwert gebildet. Daraufhin haben wir einen Korrigierten Mittelwert erstellt, welcher in die Maschine einprogrammiert wird, um die Abweichungen zu korrigieren und eine genaue Positionierung zu erhalten. In der Versuchsdurchführung haben wir folgende Daten ermittelt: 

Umkehrspanne (U): Abweichung von der Sollposition, die aus Anfahren aus unterschiedlichen Richtungen resultiert



Positionsstreubreite (Ps): Statistisch, zufällig bedingte Abweichungen von der Sollposition



Positionierunsicherheit (P): Summe aller Abweichungen von der Sollposition



Positionsabweichung (Pa): Reproduzierbare Abweichung von der Soll-position, z.B. durch Unebenheit der Führungen

Das Diagramm stellt die Differenz vom Ist-zum Sollwert dar. Es zeigt an wie genau die Positionierung eingehalten wurde. Man erkennt zwei Gaußglocken Kurven. Je genauer der Sollwert zum Istwert ist umso steiler wird die Kurve, dies lässt die Streubreite kleiner werden, was wiederum bedeutet, dass die Maschine sehr genau ihren Sollwert und Toleranzbereich einhält.

5

Alternative Messverfahren Eine Alternative zum Kreuzgittermessverfahren ist das Laserinterferometer. Wie im Bild zu sehen wird mittels Laserstrahl die Ist Position des Maschinenschlittens bestimmt. Vorteile: - Sehr große Distanzen können vermessen werden. - Ideal für große Fräsmaschinen mit großem Maschinentisch - Schnelle Einrichtung des Messgerätes möglich Nachteile: - Kann nur die Position bestimmen aber nicht die Orthogonalität des Maschinentisches

Quellen Alle Abbildungen und Informationen wurden aus der Vorlesung von Herr Beck übernommen.

Anhang

6

Grafik 1: HEIDENHAIN ACCOM

7

Grafik 2: HEIDENHAIN ACCOM

8

Grafik 3: HEIDENHAIN ACCOM

9...