Werkzeugmaschinen

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

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Weil meist aber gerade Rotationsachsen aufgrund ihres begrenzten Volumens und der sich daraus ergebenden geringeren Dynamik die schwächsten Achsen in einer Maschine sind, müssen für den Fünfachs-Simultanbetrieb auch die Linearachsen in ihrer Dynamik begrenzt werden. Durch programmierbare Antriebs- und Regelungsparameter kann die Dynamik der Linearachsen wieder für den Dreiachs-Betrieb maximal ausgenutzt werden.

Die Vorbereitungen für die Fertigung eines Prüfwerkstückes benötigen wenig Zeit. Je nach Ausbaustufe der CNC müssen eventuell Maschinenparameter geändert werden und das Prüfprogramm an die Maschineneigenschaften wie mögliche Aufspannposition, Maximalvorschübe und Spindeldrehzahl angepasst werden. Auch der richtige vierschneidige 6-mm-Schaftfräser mit leicht konkaver Stirn ist eine wichtige Voraussetzung.

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Materialauswahl für den Prüfstückrohling ist entscheidend

Besonderes Augenmerk ist auf das ideale Material für den Prüfstückrohling zu legen. Einerseits muss die problemlose Zerspanbarkeit bis zu einem Vorschub von 10000 mm/min gewährleistet sein, andererseits soll die Materialdichte eine glatte Werkstückoberfläche ermöglichen. Für die Auswertbarkeit ist es wichtig, eine möglichst helle Farbe zu wählen. In der Praxis hat sich der Modellbauwerkstoff Necuron 1007 am besten bewährt.

Je nach Maschinenkinematik sollen die Werkstückposition und der Aufspannwinkel so gewählt werden, dass in jedem Fall zwei Rotationsachsen miteinander interpolieren. Außerdem verlangt das Prüfprogramm an zwei Prüfelementen einen Rotationsachsenbereich von > 360°. Diesen Fahrbereich bieten die meisten Maschinen mit Werkzeugkinematiken (CA/CB-Gabelkopf) in der waagerechten Werkstückausrichtung nicht an.

Aus diesem Grund wird das Prüfwerkstück in diesem Fall in einer 30° um die X-Achse geneigten Position aufgespannt. Dadurch müssen sich die Rotationsachsen eines Gabelkopfes innerhalb des Programmlaufs um maximal ± 20° bewegen.

Die meisten suboptimalen Prüfelemente werden durch die verwendeten Konstruktionselemente (Getriebe, Zahnstangen und so weiter) und durch ungenügende Anpassung der Steuerungs- und Antriebsparameter hervorgerufen. So kam es vor, dass eine Maschine mit Direktantrieben durch Fehloptimierung der Regelung beim ersten Test ein völlig ungenügendes Prüfwerkstück erzeugte, die Nachoptimierung erzielte ein fast perfektes Prüfwerkstück. In diesem Fall waren es die Hängekräfte einer Rotationsachse, die in den Regelungsparametern nicht berücksichtigt waren.

Konstruktionselemente und Steuerung sind Fehlerquellen

Eine Fünfachs-Fräsmaschine besitzt je nach Arbeitsraum eine mehr oder weniger große Distanz zwischen dem Drehpunkt der Achse und der Werkzeugspitze. Das führt dazu, dass sich je nach verwendetem Getriebe dessen Gleichlaufschwankungen über den großen Hebel als Wellen auf dem Prüfwerkstück abbilden (Bild 2); das Prüfelement soll jedoch wie in Bild 3 aussehen.

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