Optimierung der Genauigkeit fünfachsiger Werkzeugmaschinen

1 Einleitung

2 Stand der Technik in Wissenschaft und Industrie

2.1 Fünfachsige Werkzeugmaschinen zur Fräsbearbeitung

2.1.1 Kinematischer Aufbau fünfachsiger Werkzeugmaschinen

2.1.2 Kinematik der fünfachsigen Simultanbearbeitung

2.2 Maschinentechnische Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit

2.3 Modellierung des geometrischen Maschinenverhaltens

2.3.1 Arten geometrischer Achsfehler

2.3.2 Mathematische Beschreibung der Achsfehler

2.3.3 Volumetrischer Fehler von Mehrachsmaschinen

2.4 Messtechnische Kalibrierung von Fünfachsmaschinen

2.4.1 Messmittel zur Kalibrierung

2.4.2 Messprozesse und Verfahren der Datenauswertung

2.4.3 Kalibrierung durch Prüfwerkstücke

2.4.4 Einfluss von Unsicherheiten auf die Kalibrierung

2.5 Steuerungstechnische Optimierung der Maschinengenauigkeit

2.6 Zusammenfassende Bewertung

3 Aufgabenstellung und Zielsetzung

4 Modellierungssystematik für Fünfachsmaschinen

4.1 Grundlagen der Modellierungssystematik

4.1.1 Modellierung einzelner Bewegungsachsen

4.1.2 Modellierung von Mehrachsmaschinen

4.2 Exemplarische Modellierung fünfachsiger Werkzeugmaschinen

4.2.1 Fünfachsmaschine mit Dreh-Schwenk-Tisch

4.2.2 Fünfachsmaschine mit Gabelkopf

4.3 Volumetrischer Fehler bei der Simultanbearbeitung

5 Prozess zur Steigerung der Maschinengenauigkeit

5.1 Grundlegendes Konzept des Optimierungsprozesses

5.2 Ausarbeitung von Optimierungsstrategien

5.2.1 Ableitung und Abgrenzung der Strategien

5.2.2 Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung der Dominanzen

5.2.3 Formulierung der Optimierungsstrategien

5.3 Ausarbeitung des Kalibrierverfahrens

5.3.1 Grundlegendes Verfahrenskonzept

5.3.2 Auswahl und Integration eines geeigneten Messmittels

5.3.3 Mathematisches Verfahren zur Fehleridentifikation

5.3.4 Messprozess zur Erfassung der volumetrischen Fehler

6 Demonstrator zur Qualifizierung

6.1 3D Tastkopf

6.2 Werkzeugmaschine zum fünfachsigen Simultanfräsen

6.3 Qualifizierung von Demonstrator und Modell

7 Qualifizierung der Optimierungsstrategien

7.1 Vorgehensweise zur Qualifizierung

7.2 Qualifizierung durch Simulation der Maschinengenauigkeit

7.2.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Simulation

7.2.2 Ergebnisse der simulativen Qualifizierung

7.3 Qualifizierung durch Messung der Maschinengenauigkeit

7.3.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Messung

7.3.2 Ergebnisse der messtechnischen Qualifizierung

7.4 Qualifizierung durch Fertigung von Prüfwerkstücken

7.4.1 Gestaltung, Fertigung und Auswertung der Prüfwerkstücke

7.4.2 Ergebnisse der Qualifizierung durch Prüfwerkstücke

7.5 Abschließende Bewertung der Qualifizierung

8 Qualifizierung des Kalibrierverfahrens

8.1 Analyse der Parameter des Kalibrierverfahrens

8.1.1 Systematik der Analyse

8.1.2 Festlegung des Spline-Grads

8.1.3 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messdatenmenge

8.1.4 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Knotenzahl

8.1.5 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messkugelpositionen

8.1.6 Fazit der Analyse

8.2 Beeinflussung des Verfahrens durch Unsicherheit

8.2.1 Einfluss der Unsicherheiten der Verfahrensparameter

8.2.2 Einfluss der Unsicherheiten der Messdaten

8.3 Exemplarische Anwendung des Kalibrierverfahrens

8.4 Potenziale zur Verfahrensoptimierung

8.5 Abschließende Bewertung des Kalibrierverfahrens

8.6 Handlungsempfehlung zur Optimierung der Genauigkeit

9 Zusammenfassung und Ausblick

9.1 Zusammenfassung

9.2 Ausblick

10 Literaturverzeichnis