04Qualitätssicherung Maschinenvermessung als Schlüssel zu höherer Bearbeitungsgenauigkeit Strukturoptimierung erhöht Präzision Ein wichtiger Einflussfaktor auf die Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen ist die Maschinenstruktur. Die Modalanalyse, sowohl FEM als auch experimentell, ist ein hilfreiches Element zur Unterstützung der Prüfung und Verbesserung der Struktur. So hat die Schiess GmbH in den vergangenen Jahren an allen gefertigten Maschinen und größeren Komponenten (z. B. RAM-Gehäuse) Modalanalysen durchgeführt und so mögliche dynamische Schwachstellen aufgedeckt sowie behoben. ■■■■■■ Bei Werkzeugmaschinen spielen eine Vielzahl von Genauigkeiten eine große Rolle. Angefangen von den einzelnen Teilen, der geometrischen Genauigkeit bis hin zu Positionier- und Wiederholgenauigkeit der gesamten Werkzeugmaschine. Die beiden Letztgenannten beeinflussen zusätzlich die Einstufung der Maschinen nach der Dual-Use-Güter-Verordnung und damit den Export in außereuropäische Länder. „Für den Kunden ist aber noch immer die Bearbeitungsgenauigkeit ein entscheidender Parameter, wenn nicht sogar der entscheidende: ist das Bauteil ‚ungenau‘ gefertigt, ist sein Teil dann Ausschuss und hat nur Kosten verursacht“, so Alain Reynvoet, CSO (Chief Sales Officer) bei der Schiess GmbH. Der Aspekt der Bearbeitungsgenauigkeit spielt bei Schiess seit jeher eine große Rolle. Dieses liegt vor allem an der Historie der XXL-Maschinen in Losgröße 1. Die Maschinenstruktur bildet die Basis für die Bearbeitungsgenauigkeit. Daher ist das Ziel, diese zu „optimieren“, um diese Fehlerquelle zu minimieren. Die Optimierung der Maschinenstruktur kann zu drei Zeitpunkten (Konstruktion. Prototypenbau, Maschinen „im Feld“) auftreten. Je später im Prozess die Anpassungen durchgeführt werden, desto teurer werden sie. Jedoch sind bei dem komplexen System Werkzeugmaschine nicht alle Einflüsse immer sofort erkennbar. Einige Probleme treten beim Kunden erst nach Jahren bei speziellen Anwendungen auf. Wichtig ist jedoch, dass die gewonnenen Erkenntnisse sofort in die Konstruktion bzw. den Service kommuniziert werden, sodass diese entsprechend reagieren können. Kreisformtest an der Vertimaster Aero 25 V. Bild: Schiess Bei der Schiess GmbH werden verschiedene Ansätze zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit verfolgt: · Konstruktiv, z. B. Hydrostatik in allen Achsen und im Lager der Planscheibe (XXL-Maschinen) FEM-Analysen während der Konstruktion Hochgenaue Fertigung (bei relevanten Bauteilen) · 100-%-Vermessung der gefertigten Teile im klimatisierten Messlabor · Iterative Vermessung während der Montage und, wenn nötig, Korrektur von Ungenauigkeiten · Vermessung der montierten Maschine, u. a. Modalanalyse, statische und dynamische Steifigkeit, Kreuzgitter, Stabilitätskarte, Probebearbeitung. 84 Dezember 2018
XXL-Maschine Vertimaster VMG 6. Bild: Schiess Untersuchung an einem Prototyp Exemplarisch werden zwei Beispiele vorgestellt, zum einen die Optimierung eines Prototyps, zum anderen die Fehlerbehebung bei einer Maschine „im Feld“. Bei dem Prototyp handelt es sich um eine Bridge- Type-Maschine Vertimaster Aero 25V zur Anwendung für die Aluminiumbearbeitung. Diese ist im Werk Aschersleben auf der Montagestation montiert, d. h., sie ist nicht im Boden verankert. An dieser Maschine wurde eine Modalanalyse zur Bestimmung der Eigenfrequenzen durchgeführt. Die dynamische Anregung erfolgte mit einem elektrohydraulischen Erreger zwischen Werkzeug (Kopf) und Werkstück (Plattenfeld). Die Erfassung der Reaktion erfolgte an 116 Messpunkten. Die interessantesten Modi lagen vor bei: · 17 Hz: Kippen der gesamten Maschine in y-Richtung (provisorische Aufspannung) 57 Hz: Kippen RAM entlang x-Achse · 73 Hz: RAM schwingt diagonal zu x- und y-Achse → Flexibilität im C-Lager (bestätigt Ergebnisse der statischen Steifigkeit). Des Weiteren wurde die Modalanalyse bei unterschiedlichem Ausschub der z-Achse (RAM) durchgeführt (100 mm und 700 mm). Dies führte zu einer deutlichen Verschlechterung der Nachgiebigkeit: In y-Richtung hat sie sich bei 38 Hz nahezu verdoppelt (260 nm/N statt 135 nm/N). Darüber hinaus kam es zu einer deutlichen Verschiebung der Eigenfrequenzen. Zusätzlich wurde festgestellt, dass ein Abschalten der Klemmung der B-Achse zu einer Verschlechterung der Nachgiebigkeit führt. Die Drehung der B-Achse um 90° beeinflusst die Nachgiebigkeit insbesondere in z-Richtung, da die Kraft dann radial zur Rundachse wirkt. Ebenso wurden Kreisformtests durchgeführt, die es ermöglichen, Messwerte Idealwerten gegenüberzustellen und Kreisformabweichungen, Kreisumkehrspannen und Radialabweichungen zu berechnen. Für den Interpolationstest werden Geraden mit unterschiedlichen Steigungen abgefahren und die geometrische Abweichung von der Sollkontur ermittelt (Interpolation von zwei Achsen). Untersuchung an einer Maschine im Feld An einer XXL-Maschine Vertimaster VMG 6 erfolgte ein wiederholter Maschinenstillstand durch einen Fehler im Messsystem der z-Achse. Das Erstaunliche hierbei war vor allem, dass dieser Fehler erst sechs Jahre nach Inbetriebnahme aufgetreten ist. Als kritischer Punkt wurde der obere Bereich der z-Achse definiert, da dort das lineare Messsystem auf einem Haltewinkel montiert ist. Im unteren Bereich ist er am RAM-Gehäuse befestigt. Die Aufgabenstellung bestand nun darin herauszufinden, ob die Befestigung am Haltewinkel der Auslöser des Maschinenstillstandes war. Die Vorgehensweise hierzu: Dezember 2018 85
