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Prüfwerkstück liefert objektives Maß für Qualität von Fünf-Achs-Fräsmaschinen

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Rückschluss auf Fehlerquellen erfordert viel Erfahrung

Weil sich das Thema in seinen mechatronischen Details sehr komplex darstellt, gehört zur Bewertung sehr viel Erfahrung. Rückschlüsse auf Fehlerquellen hängen von sehr vielen Bedingungen wie Kinematik der Werkzeugmaschine, Aufspannposition, Aufspannwinkel und maximale Achsgeschwindigkeiten ab. Auch die gewählte Antriebstechnik (Kugelrollspindel, Zahnstange oder Linearmotor für Linearachsen; Schneckentrieb, Getriebe oder Torque-Motor für die Rotationsachsen) erzeugt verschieden ausgeprägte Fehlerbilder.

Die Idee zur Entwicklung eines Prüfprogramms für die Simultanbearbeitung auf Fünfachs-Fräsmaschinen entstand im Jahr 2003. In den folgenden drei Jahren wurden Tests im Labor von Siemens und an Maschinen vor Ort durchgeführt. 2005 konnte schließlich ein für alle gängigen Fünfachs-Kinematiken einschließlich Hexapoden geeignetes Programm durch die NC-Gesellschaft vorgestellt werden, die es vertreibt.

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Abgesehen von Anwendern, die ihre Maschine eigenständig überprüft haben, wurden durch die Applikations-Mitarbeiter von Siemens rund 50 Maschinen im In- und Ausland mittels des Prüfprogramms getestet und analysiert. Es handelte es sich um Prototypen und Serienmaschinen bei Maschinenbauern, Produktionsmaschinen bei Endanwendern und Maschinen in Applikations- und Forschungszentren. Dabei zeigte sich, dass nur ein geringer Prozentsatz der getesteten Maschinen wirklich perfekt arbeitete, bevor sie nochmals mittels Maschinen-Antriebsdaten optimiert und/oder mechanisch verbessert wurden. In manchen Fällen musste sogar die Konstruktion der Achse geändert werden, auf die das Prüfelement hinwies.

Naturgemäß fällt ein Prüfwerkstück, welches mit geringen Vorschüben ausgeführt wird, besser aus als ein mit hohen Vorschüben ausgeführtes. Aus diesem Grund erhält man anhand seiner Qualität und seiner Ausführungszeit eine Aussage über die Produktivität einer Maschine. Die hohen Bahnvorschübe von bis zu 10000 mm/min, mit denen das Prüfwerkstück laut Testvorgabe ausgeführt wird, werden durch viele Faktoren wie Beschleunigung, Ruckbegrenzung und hauptsächlich durch die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotationsachsen begrenzt.

Größe des Arbeitsraums ist nur ein Bewertungsfaktor

Auch die Größe des Arbeitsraums und die Qualitätsklasse der Fräsmaschine spielt bei der Bewertung des Prüfwerkstücks eine Rolle. Die qualitativ besten und schnellsten Prüfwerkstücke sind eindeutig auf Werkzeugmaschinen mit Direktantrieben (Linearmotoren und Torque-Motoren) erzielt worden. Im Prinzip ist es aber für eine Fünfachs-Simultanbearbeitung am wichtigsten, dass die Antriebscharakteristiken aller Achsen exakt aufeinander abgestimmt sind.

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