Kamerabasierte Erfassung des thermischen Verlagerungsverhaltens von Werkzeugmaschinen

摘要

Im Werkzeugmaschinenbau steigen die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeiten, die Produktivitat und die Energieeffizienz seit einigen Jahren stark an. Durch die bessere Beherrschbarkeit der Statik und Dynamik von Werkzeugmaschinen gewinnt das thermische Verhalten an Bedeutung (NESTMANN 2006). Die unregelmassige Temperierung der Maschine durch innere und aussere Warmequellen und -senken fuhrt zu Verformungen der Struktur. Als innere Warmequellen sind alle aktiven Maschinenkomponenten wie Lagerungen, Vorschubsysteme, Motoren und die Hauptspindel zu nennen. Die passiven Komponenten wie das Maschinenbett, der Maschinentisch und die gesamte Struktur fungieren als Warmesenken bzw. transportieren die Warme durch die Maschine. Aussere Einflusse befinden sich in der Umgebung der Maschine, sei es durch die Klimatisierung der Maschinenhalle, durch geoffnete Hallentore, durch Sonneneinstrahlung oder benachbarte Anlagen. Aufgrund dieser vielen thermischen Einflusse verformt sich die Werkzeugmaschine an der Position des Werkzeuges unterschiedlich zur Position des Werkstucks. Somit entstehen unerwunschte Fertigungsungenauigkeiten (WECK 2001). Zur Behebung bzw. Verringerung dieser Effekte gibt es zwei Losungsansatze. Die Kompensation und die Korrektur (GROSSMANN 2012). Kompensation bedeutet, dass die Werkzeugmaschine bezuglich des thermischen Verhaltens optimal konstruiert oder nachtraglich modifiziert wird. Beispiele fur die Kompensation sind Thermosymmetrie, die gezielte Temperierung von Bauteilen, der Einsatz von Werkstoffen mit geringem Warmeausdeh-nungskoeffizienten und die thermisch gunstige Anbindung von wichtigen Strukturkomponenten. Als Korrektur wird die Integration von Modellen in die Maschinensteuerung bezeichnet. Auf der Basis von verschiedenen Daten werden Korrekturwerte ermittelt, die als Offset mit den programmierten Werkzeugpositionen verrechnet werden. Beispielsweise konnen die Modelle auf gemessenen Temperaturen in der Werkzeugmaschinenstruktur oder der Umgebung sowie auf internen Daten der Steuerung wie Leistung, Vorschub und Drehzahl basieren.