Charakterisierung des dynamischen Verhaltens einer Fräsmaschine

Diploma Thesis , 2002 , 167 Pages , Grade: 1,0

Engineering - Mechanical Engineering

Voraussetzung für eine rationell geführte Fertigung ist unter anderem genaue Kenntnis quantitativer Angaben über Genauigkeit und Grenzen der eingesetzten Werkzeugmaschinen und Fertigungsmittel. Dies gewinnt zunehmend unter dem Aspekt der zunehmenden Automatisierung und der sich dadurch ergebenden geringeren direkten Eingriffe des Menschen in den Fertigungsprozeß an Bedeutung. Im Vordergrund des Interesses stehen dabei die optimale Anpassung an die Fertigungsaufgabe und die wirtschaftliche Nutzung.
Produktivitätssteigerung und Kostenreduzierung sind demnach vorrangige Ziele moderner Produktionsunternehmen. Dabei erlangen Schlagworte wie „cost-of-ownership“ und „life-cycle-cost“ für die Unternehmen stetig wachsende Relevanz.
Die Kosten, hervorgerufene Verzögerung der Inbetriebnahme und Produktionsausfälle, Forderung nach besserer Qualität und die Verschärfung gesetzlicher Vorschriften führen zu einer Verschiebung der Akzente der Beurteilung.
Sehr häufig ist die erreichbare hohe Absolut- und Wiederholgenauigkeit bei NC-Maschinen von Interesse und ausschlaggebend für deren Einführung, respektive Anschaffung.
Sie reduzieren die für Kontrollen und Messungen erforderlichen Aufwendungen ganz erheblich, festgestellte Abweichungen lassen sich einfach korrigieren. Die Genauigkeit einer NC-Maschine wird nach verschiedenen Gesichtspunkten beurteilt. Dazu stehen mehrere DIN und VDI/DGQ-Richtlinien zur Verfügung. Voraussetzung ist zunächst die geometrische Genauigkeit, das heißt die einzelnen Achsen müssen exakt zueinander ausgerichtet sein.
Eine gute Steifigkeit des Maschinenkörpers ist Voraussetzung dafür, daß beim Verfahren der Achsen und beim Bearbeiten die Genauigkeit der Maschine erhalten bleibt.
Die Genauigkeit einer NC-Maschine wird zusätzlich beurteilt nach der erreichbaren Einfahrtoleranz, die sich aus der systemfehlerbedingten Positionsabweichung und der auf zufälligen Fehlereinflüssen beruhenden Positionsstreubreite zusammensetzt
Im Rahmen der Diplomarbeit wird nun die dynamische Charakteristik der Fräsmaschine erfaßt und beurteilt. Darüber hinaus werden die Daten typischen Vergleichsgrößen konventioneller 3-Achs-Fräsmaschinen gegenübergestellt.
Zudem sollen Potentiale und Optimierungsstrategien in Bezug auf Antriebe und Steuerung aufgezeigt und identifiziert werden.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
  • 1.1 Motivation
  • 1.2 Zielsetzung
  • 1.3 Aufbau der Arbeit
• 2 Grundlagen und Versuchsplanung
  • 2.1 Meßmittel
    • 2.1.1 Laser-Interferometer
      • 2.1.1.1 EIGENSCHAFTEN DES LASERLICHTES
      • 2.1.1.2 VORTEILE DES LASERS
      • 2.1.1.3 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DES LASERS
      • 2.1.1.4 HELIUM - NEON - LASER
      • 2.1.1.5 INTERFEROMETRIE
    • 2.1.2 Kreisformtester
      • 2.1.2.1 VORTEILE DES KREISFORMTESTS
      • 2.1.2.2 AUFBAU DES RENISHAW-BALLBAR-VERFAHRENS
      • 2.1.2.3 ABLAUF DER DATENERFASSUNG
      • 2.1.2.4 AUSWERTUNG DES KREISFORMTESTS
    • 2.1.3 Besonderheiten für die Durchführung in dieser Arbeit
      • 2.1.3.1 TOTWEG
      • 2.1.3.2 COSINUS-FEHLER
      • 2.1.3.3 ABBE'SCHES KOMPARATORPRINZIP
  • 2.2 Messen
    • 2.2.1 Abgrenzung Messen und Prüfen
    • 2.2.2 Grundlagen
    • 2.2.3 Definitionen
    • 2.2.4 Meẞabweichung und Meßunsicherheit
      • 2.2.4.1 VORBEMERKUNG
      • 2.2.4.2 URSACHEN DER MEẞUNSICHERHEIT
      • 2.2.4.3 BEDEUTUNG DER MEẞUNSICHERHEIT
      • 2.2.4.4 FEHLEREINTEILUNG
    • 2.2.5 Fehlerrechnung
      • 2.2.5.1 MITTELWERT
      • 2.2.5.2 MITTLERE ABWEICHUNG
      • 2.2.5.3 STANDARDABWEICHUNGEN
    • 2.2.6 Regressionsrechnung
  • 2.3 Normen und Richtlinien zur Charakterisierung und Vermessung der Maschine
    • 2.3.1 DIN-Normen
    • 2.3.2 VDI-Richtlinien
    • 2.3.3 Einschätzung der vorgegebenen Regelwerke
    • 2.3.4 Versuchsplan
  • 2.4 Versuchsplanung und Begriffsbestimmung der Kennwerte
    • 2.4.1 Vorbemerkung
    • 2.4.2 Minimale und maximale Bahngeschwindigkeit
    • 2.4.3 Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten und -wege
    • 2.4.4 Vorschubkonstanz
    • 2.4.5 Positionierzeit
    • 2.4.6 Schleppabstand
    • 2.4.7 Geschwindigkeitsverstärkung
    • 2.4.8 Grenzfrequenz
    • 2.4.9 Kreisformabweichung
• 3 Versuchsdurchführung
  • 3.1 Beschreibung der Mikro-Fräsmaschine
  • 3.2 Vermessung der Maschine
    • 3.2.1 Minimale und maximale Bahngeschwindigkeit
    • 3.2.2 Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten und -wege
    • 3.2.3 Vorschubkonstanz
    • 3.2.4 Positionierzeit
    • 3.2.5 Bestimmung des Schleppabstandes, der Geschwindigkeitsverstärkung und der Grenzfrequenz
    • 3.2.6 Bestimmung der Kreisformabweichung
• 4 Interpretation und Schlußfolgerungen
  • 4.1 Minimale und Maximale Bahngeschwindigkeit
  • 4.2 Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten und -wege
  • 4.3 Vorschubkonstanz
  • 4.4 Positionierzeit
  • 4.5 Geschwindigkeitsverstärkung
  • 4.6 Kreisformtests
• 5 Zusammenfassung und Ausblick
  • 5.1 Bewertung der Mikro-Fräsmaschine
  • 5.2 Optimierungsmöglichkeiten des Planetengewindetriebs
  • 5.3 Verbesserung des dynamischen Verhaltens mittels Linearmotor

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Ziel dieser Arbeit ist es, das dynamische Verhalten einer Mikro-Fräsmaschine umfassend zu charakterisieren. Dazu werden verschiedene Messungen durchgeführt und die Ergebnisse analysiert.

• Analyse des dynamischen Verhaltens der Maschine
• Bestimmung relevanter Kennwerte wie Bahngeschwindigkeit, Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten, Vorschubkonstanz und Kreisformabweichung
• Bewertung der Messergebnisse und Ableitung von Optimierungspotenzialen
• Bewertung der Eignung der Maschine für die Bearbeitung von Mikrokomponenten
• Vergleich der Ergebnisse mit relevanten Normen und Richtlinien

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Motivation, Zielsetzung und den Aufbau der Arbeit erläutert. In Kapitel 2 werden die Grundlagen und die Versuchsplanung behandelt, einschließlich der verwendeten Meßmittel und Meßmethoden sowie der relevanten Normen und Richtlinien. Kapitel 3 beschreibt die Versuchsdurchführung, bei der die Mikro-Fräsmaschine vermessen und verschiedene Kennwerte bestimmt werden. Kapitel 4 analysiert die Messergebnisse und interpretiert diese im Hinblick auf das dynamische Verhalten der Maschine. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf mögliche Optimierungsmöglichkeiten.

Schlüsselwörter

Mikrofräsmaschine, dynamisches Verhalten, Meßmittel, Laser-Interferometer, Kreisformtester, Kennwerte, Bahngeschwindigkeit, Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten, Vorschubkonstanz, Kreisformabweichung, Optimierungspotenziale, Normen, Richtlinien, Versuchsplanung, Versuchsdurchführung, Interpretation, Zusammenfassung, Ausblick.

• College: University Karlsruhe (TH) (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik)
• Grade: 1,0
• Author: Dipl.-Ing. Stefan Schwarzwälder (Author)
• Publication Year: 2002
• Pages: 167
• Catalog Number: V87372
• ISBN (eBook): 9783638022422
• ISBN (Book): 9783638934466
• Language: German
• Tags: Charakterisierung, Verhaltens, Fräsmaschine, Vermessung, Bahngeschwindigkeit, Schleppabstand, Vorschubkonstanz, Positionierzeit, Kreisformabweichung