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Kennfeldbasierte Korrektur thermischer Positionierfehler an Werkzeugmaschinen

 
: Naumann, Christian

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik -IWU-, Chemnitz; Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen -VEMAS-, Chemnitz:
Digitalisierung in der Produktion. 3. Sächsischer Tag der Automation 2017 : 09. März 2017, Leipzig
Leipzig, 2017
ISBN: 978-3-00-056426-0
S.40-47
Sächsischer Tag der Automation <3, 2017, Leipzig>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IWU ()
Kennfeld; Thermo-Elastische Verformung; TCP-Verlagerung; Steuerungsintegrierte Korrektur; SFB Transregio 96

Abstract
Thermisch bedingte Positionierfehler an Werkzeugmaschinen können einen großen Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit und damit auf die Produktqualität sowie die Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen haben. Dabei kann der thermische Fehler bis zu 75% des Gesamtfehlers der Maschine ausmachen. Die Ansätze zur Reduktion dieser Fehler reichen von konstruktiven Maßnahmen über die Verwendung von Werkstoffen mit geringem Ausdehnungskoeffizient bis zur modellbasierten Korrektur der thermischen Fehler. Industriell angewandte Maßnahmen zur Verringerung des thermo-elastischen Fehlers sind zum Beispiel die thermo-symmetrische Gestaltung der Werkzeugmaschine oder das Herbeiführen eines thermisch stabilen Zustands der Maschine. Hierfür wird die Maschine in der Regel im Bereich der Wärmequellen gekühlt oder sie wird warmgefahren, bis sie thermisch stationär ist (die „Betriebstemperatur“ erreicht hat). Eine weitere Maßnahme ist die Klimatisierung der Umgebung, um konstante Bedingungen zu schaffen. Die beschriebenen Ansätze erhöhen den Energiebedarf deutlich, was zu einer Reduzierung der Wirtschaftlichkeit führt. Als ein modellbasierter Ansatz ohne zusätzlichen Energiebedarf kommt die korrelative Korrektur im industriellen Bereich zum Einsatz. Die korrelativen Modelle vermitteln zwischen ausgewählten Temperaturmesspunkten in der Maschinenstruktur und der Verlagerung an der Wirkstelle (Tool-Center-Point TCP). Die kennfeldbasierte Korrektur stellt einen solchen korrelativen Ansatz dar. Sie bildet mit Hilfe von Kennfeldern Temperaturen auf der Oberfläche der Werkzeugmaschine und die aktuelle Achs-Konfiguration direkt auf die TCP-Verlagerung ab. Die Kennfelder können mit Daten aus Messungen oder thermo-elastischen Simulationen angelernt werden und sind anschließend während der Bearbeitung online steuerungsintegriert anwendbar.Der Beitrag stellt nach einem Überblick über thermo-elastische Korrektur- und Kompensationsstrategien die kennfeldbasierte Korrektur vor. Dabei wird auf das Vorgehen und die Vor- und Nachteile der Methode eingegangen und zuletzt an einem Demonstrator die Funktionsfähigkeit des Verfahrens experimentell belegt.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-442369.html