Präzise Fertigung von Großbauteilen

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Einflüsse von Gravitation und Temperatur müssen erfasst werden

Dazu ist es aus technologischer Sicht erforderlich, verstärkt Messtechnik in die Regelkreise der Produktionssysteme zu integrieren, um ein möglichst vollständiges Abbild der Produktion zu erhalten. Insbesondere die Einflüsse von Gravitation und Temperaturänderungen, die sich auf große Strukturen besonders stark auswirken, müssen erfasst werden [1].

Dazu sind Berechnungsmodelle zu entwickeln, um aus den Daten die Auswirkungen von Umwelteinflüssen genauer abschätzen und Strategien zur Kompensation oder sogar Vorhersage und Vermeidung von Abweichungen ableiten zu können.

Mithilfe entsprechender Software müssen die komplexen physikalischen Zusammenhänge zwischen Bauteil, Prozess und Produktionssystem beschrieben und für eine automatisierte Prozessüberwachung und -regelung genutzt werden können. Moderne Werkzeugmaschinen zur Großbauteilbearbeitung erreichen im thermisch stabilen Zustand bereits Positionierunsicherheiten im einstelligen Mikrometerbereich bei Bauteilgrößen von deutlich über 10 m. Der Zustand der Werkzeugmaschine ist jedoch nur in den seltensten Fällen thermisch stabil, da sie im Allgemeinen einer Vielzahl von thermischen Randbedingungen unterliegt. Ausdehnungskoeffizienten von Gussbauteilen von rund 8 µm/(m K) bewirken zusammen mit den großen Wirklängen der Großbauteilindustrie schnell enorme Verlagerungen. Bei 5 m sind es so schon 40 µm pro °C.

Messtechnik intelligent einsetzen

Einflüsse der Werkzeugmaschine wie die Abwärme der Motoren können bereits durch geschickte Konstruktionen passiv gedämpft oder durch aktive Temperierungen minimiert werden. Die Bedingungen am Aufstellort sind hingegen meist schwieriger zu erfassen und zu korrigieren. Die auftretenden Verlagerungen sind dabei in beiden Fällen überwiegend lageabhängig, sodass diese im gesamten Maschinenvolumen betrachtet werden müssen [2]. Für die erreichbare Bauteilgüte ist die durch geometrische Fehler und Verschiebungen bestimmte volumetrische Genauigkeit der Werkzeugmaschine im jeweiligen Temperaturzustand ausschlaggebend. Um die volumetrische Genauigkeit, welche sich auf die dreidimensionale Position des Werkzeugs bezieht, zeiteffizient zu erfassen und steuerungstechnisch zu steigern, ist modernste Messtechnik erforderlich.

Hiermit ist es möglich, die Bearbeitungsgenauigkeit von Großwerkzeugmaschinen innerhalb weniger Stunden zu überprüfen. Dies kann zum Beispiel genutzt werden, um die Einhaltung der Bauteiltoleranzen durch eine kurze Maschinenprüfung unmittelbar vor der Endbearbeitung abzusichern. Zwei Prüfverfahren, die schon seit längerer Zeit bei der regelmäßigen Überwachung von Koordinatenmessmaschinen Anwendung finden bieten sich hierfür besonders an: die Lasermessung von Längenabweichungen entlang von Raumdiagonalen sowie das Abtasten von am Maschinentisch angebrachten Referenzkörpern [3].

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