1 Einleitung | 23 |
2 Stand der Technik in Wissenschaft und Industrie | 29 |
2.1 Fünfachsige Werkzeugmaschinen zur Fräsbearbeitung | 30 |
2.1.1 Kinematischer Aufbau fünfachsiger Werkzeugmaschinen | 30 |
2.1.2 Kinematik der fünfachsigen Simultanbearbeitung | 31 |
2.2 Maschinentechnische Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit | 32 |
2.3 Modellierung des geometrischen Maschinenverhaltens | 36 |
2.3.1 Arten geometrischer Achsfehler | 36 |
2.3.2 Mathematische Beschreibung der Achsfehler | 38 |
2.3.3 Volumetrischer Fehler von Mehrachsmaschinen | 41 |
2.4 Messtechnische Kalibrierung von Fünfachsmaschinen | 43 |
2.4.1 Messmittel zur Kalibrierung | 44 |
2.4.2 Messprozesse und Verfahren der Datenauswertung | 46 |
2.4.3 Kalibrierung durch Prüfwerkstücke | 53 |
2.4.4 Einfluss von Unsicherheiten auf die Kalibrierung | 54 |
2.5 Steuerungstechnische Optimierung der Maschinengenauigkeit | 55 |
2.6 Zusammenfassende Bewertung | 59 |
3 Aufgabenstellung und Zielsetzung | 61 |
4 Modellierungssystematik für Fünfachsmaschinen | 63 |
4.1 Grundlagen der Modellierungssystematik | 63 |
4.1.1 Modellierung einzelner Bewegungsachsen | 64 |
4.1.2 Modellierung von Mehrachsmaschinen | 69 |
4.2 Exemplarische Modellierung fünfachsiger Werkzeugmaschinen | 75 |
4.2.1 Fünfachsmaschine mit Dreh-Schwenk-Tisch | 76 |
4.2.2 Fünfachsmaschine mit Gabelkopf | 77 |
4.3 Volumetrischer Fehler bei der Simultanbearbeitung | 78 |
5 Prozess zur Steigerung der Maschinengenauigkeit | 83 |
5.1 Grundlegendes Konzept des Optimierungsprozesses | 83 |
5.2 Ausarbeitung von Optimierungsstrategien | 85 |
5.2.1 Ableitung und Abgrenzung der Strategien | 87 |
5.2.2 Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung der Dominanzen | 88 |
5.2.3 Formulierung der Optimierungsstrategien | 97 |
5.3 Ausarbeitung des Kalibrierverfahrens | 100 |
5.3.1 Grundlegendes Verfahrenskonzept | 101 |
5.3.2 Auswahl und Integration eines geeigneten Messmittels | 103 |
5.3.3 Mathematisches Verfahren zur Fehleridentifikation | 106 |
5.3.4 Messprozess zur Erfassung der volumetrischen Fehler | 110 |
6 Demonstrator zur Qualifizierung | 115 |
6.1 3D Tastkopf | 115 |
6.2 Werkzeugmaschine zum fünfachsigen Simultanfräsen | 117 |
6.3 Qualifizierung von Demonstrator und Modell | 118 |
7 Qualifizierung der Optimierungsstrategien | 121 |
7.1 Vorgehensweise zur Qualifizierung | 121 |
7.2 Qualifizierung durch Simulation der Maschinengenauigkeit | 126 |
7.2.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Simulation | 126 |
7.2.2 Ergebnisse der simulativen Qualifizierung | 127 |
7.3 Qualifizierung durch Messung der Maschinengenauigkeit | 130 |
7.3.1 Gestaltung, Durchführung und Auswertung der Messung | 130 |
7.3.2 Ergebnisse der messtechnischen Qualifizierung | 131 |
7.4 Qualifizierung durch Fertigung von Prüfwerkstücken | 134 |
7.4.1 Gestaltung, Fertigung und Auswertung der Prüfwerkstücke | 134 |
7.4.2 Ergebnisse der Qualifizierung durch Prüfwerkstücke | 138 |
7.5 Abschließende Bewertung der Qualifizierung | 140 |
8 Qualifizierung des Kalibrierverfahrens | 143 |
8.1 Analyse der Parameter des Kalibrierverfahrens | 143 |
8.1.1 Systematik der Analyse | 144 |
8.1.2 Festlegung des Spline-Grads | 147 |
8.1.3 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messdatenmenge | 148 |
8.1.4 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Knotenzahl | 151 |
8.1.5 Kalibriergenauigkeit in Abhängigkeit der Messkugelpositionen | 152 |
8.1.6 Fazit der Analyse | 153 |
8.2 Beeinflussung des Verfahrens durch Unsicherheit | 155 |
8.2.1 Einfluss der Unsicherheiten der Verfahrensparameter | 155 |
8.2.2 Einfluss der Unsicherheiten der Messdaten | 157 |
8.3 Exemplarische Anwendung des Kalibrierverfahrens | 158 |
8.4 Potenziale zur Verfahrensoptimierung | 160 |
8.5 Abschließende Bewertung des Kalibrierverfahrens | 163 |
8.6 Handlungsempfehlung zur Optimierung der Genauigkeit | 165 |
9 Zusammenfassung und Ausblick | 167 |
9.1 Zusammenfassung | 167 |
9.2 Ausblick | 169 |
10 Literaturverzeichnis | 173 |