Minimierung von Temperaturfehlern bei der Fräsbearbeitung

Bei Fräsbearbeitungs-Fertigungstechniken entsteht Reibung, die Wärmetauschvorgänge zur Folge hat, was wiederum zu thermisch bedingten Ungenauigkeiten führt, was insbesondere dann höchst unerwünscht ist, wenn Genauigkeiten von plus/minus 15 Mikron gefordert sind. Nach Abwicklung der SEC- und TEC-Projekte wurden in zwei Doktorarbeiten die Grundlagen für die Verringerung solcher Fehler geschaffen.

Im selben Maße, in dem Computer und die zugehörige Software Einzug in die Industrie gehalten haben, wurden in der Maschinentechnologie Anstrengungen unternommen, immer höhere Genauigkeiten zu erreichen. Allerdings geht eine der Hauptursachen für Bearbeitungsfehler auf Temperaturänderungen zurück, die durch die Reibung in Werkzeugmaschinen verursacht werden. Dieses Problem bringt die Forschung und Entwicklung dazu, Lösungen zu entwickeln, die noch genauer sind und eine noch leistungsfähigere Bearbeitung ermöglichen und gleichzeitig Bearbeitungsfehler reduzieren ober besser ganz eliminieren.

Einige Bearbeitungsfehler lassen sich durch eine geänderte Auslegung der Maschine beseitigen, andere dagegen müssen mit Messgeräten erfasst und unter Anwendung von Software-Verfahren zur Fehlerkompensation minimiert werden. Bestandteile dieser Aktivitäten sind Techniken zur Fehlermessung und -simulation sowie Kompensationsalgorithmen, die zusammen ein praxistaugliches Konzept für den Umgang mit thermischen Fehlern ergeben.

Die Zielsetzung für diesen Prozess bestand in der Minimierung der Zahl von Temperatursensoren und der Erhöhung der Deformationssensoren – beides Komponenten, die eine unabdingbare Voraussetzung für eine Koordinaten-Messmaschine (Coordinate Measuring Machine, CMM) sind. Die Software-Kompensationsverfahren wurden über einen bestimmten Zeitraum hinweg festgelegt und funktionieren in Verbindung mit einer Serie von Laser-Interferometermessungen. Auf diese Weise lassen sich Temperaturabhängigkeiten von Maschinenskalen korrigieren.

Um den Nutzen der Forschungsarbeit zu erhöhen, erarbeiteten die Forscher während der nächsten Phase ein parametrisches Modell, dass die thermisch bedingten Verschiebungen der Messsonden bei Temperaturschwankungen korrigiert. Die daraus resultierende Effizienz des Systems wurde im Verlauf verschiedener Tests auf zwei unterschiedlichen CMMs demonstriert, und dies ermöglichte der Software-Korrekturtechnologie eine Vereinfachung des Umgangs mit thermischen Effekten während der Bearbeitung.

Mit Unterstützung durch einen Industriepartner waren die Forscher in der Lage, die Entwicklungen zur Durchführbarkeit zu validieren. Sie machten außerdem Vorschläge für Verbesserungen am CMM-Design. Diese Design-Verbesserungen wurden bereits in neuen CMMs implementiert, und auch die Forschungsergebnisse aus dem parametrischen Modell haben Eingang in verschiedene industrielle Anwendungen gefunden.

Kontakt:

KRUTH, Jean-Pierre (Professor)

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