OptiBahn

Optimierung der dynamischen Bahngenauigkeit von hochpräzisen Werkzeugmaschinen beim hochdynamischen Fräsen von Freiformflächen

Projektleitung: Prof. G. Goch

Auf der Grundlage der im Forschungsvorhaben durchgeführten Modellierung der impulsentkoppelten Achssysteme sowie der hochdynamischen Antriebstechnik wurden prozessbezogene Anforderungen an das Feder-Dämpfersystem abgeleitet und zur Auslegung der Entkopplungseinheiten herangezogen. Anschließend erfolgten die konstruktive Integration, die steuerungstechnische Inbetriebnahme und die messtechnische Charakterisierung des erweiterten Maschinensystems.
Auch bei entkoppelten Achsen und bei hochdynamischen Verfahrbewegungen konnte eine sehr hohe Präzision der Fertigungsvorgänge erreicht werden. Die Bahnabweichungen lagen unter 1,6 μm. Basierend auf diesen Ergebnissen kann eine Empfehlung für die Integration von Entkopplungsachsen in anderen Maschinensystemen abgeleitet werden.

Im zweiten Hauptarbeitspunkt wurde ein dreidimensionales Positionsmesssystem, vereinfacht Messrahmen genannt, entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen. Der Messrahmen wurde mit einer Ultrapräzisionsmaschine statisch kalibriert. Anschließend wurden die Abweichungen der Achsen und Rechtwinkeligkeitsfehler des Messrahmens mit Hilfe einer im Rahmen des Forschungsvorhabens neu entwickelten Software kompensiert.Mit dem kalibrierten Messrahmen wurden Untersuchungen auf der Versuchsmaschine MiniMill durchgeführt und dabei bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Maschine die Abweichungen der tatsächlichen Bahnen von den Sollbahnen ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse bilden die Basis für eine dynamische Optimierung der Bahngenauigkeit durch geeignete Anpassung der Regelparameter der Maschinensteuerung. Darüber hinaus wurde ein neuartiges Konzept für eine statische und dynamische Kompensation von Bahnabweichungen bei Werkzeugmaschinen unter Einsatz des o.g. Messrahmens als zusätzliches ergänzendes Messsystem entwickelt.

1. Klar, R.: Charakterisierung und Optimierung einer Miniatur-Fräsmaschine; MiniMill. Ultrapräzisionstechnik Tagung UPT, Aachen, März 2007.
2. Klar, R.: Charakterisierung und Optimierung einer Miniatur-Fräsmaschine; MiniMill. Ultrapräzisionstechnik Tagung UPT, Frankfurt, Oktober 2007.
3. Rasool, A.; Behrmann, T.; Ringe, M.; Horn, F.; Goch, G.; Schröder, K.: Improved concepts in high accurate measurement of deflection angle of laser beam. Poster, 29th Colloquium of Automation 2007 in Salzhausen.
4. Rasool, A.; Behrmann, T.; Ringe, M.; Horn, F.; Schröder, K.; Goch, G.: Entwicklung hochpräziser Winkel-Messverfahren für die Laserstrahl-Ablenkung zur Messung absoluter Positionen in Werkzeugmaschinen. In: DFMRS e.V. (Hrsg.): 10. Fachtagung der Deutschen Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik (DFMRS), Bremen, 2008, S. 200-216.
5. Klar, R.: Charakterisierung und Optimierung einer Miniatur-Fräsmaschine; MiniMill. Ultrapräzisionstechnik Tagung UPT, Aachen, April 2008.
6. Behrmann, T.; Rasool, A.; Fritz, M.; Klar, R.; Ament, C.: Dynamic Characterisation of 3D Machine Trajectories. Ultrapräzisionstechnik Tagung UPT, Aachen, April 2008.
7. Klar, R.; Wenzel, C.; Brecher, C.: Characterization and optimization of the dynamic tool path of a highly dynamic micro milling machine, 3rd International CIRP high performance cutting conference 2008 Dublin, p 765-774.
8. Klar, R.; Wenzel, C.; Brecher, C.: Development of a dynamic high precision micro milling machine, 10th International conference of the European society for precision engineering and nanotechnology 2008 Zurich, p 443-447.
9. Rasool, A. Behrmann, T. Goch, G.: An Improved laser tracker system for absolute position measurement in Machine Tools. Presentation in 53rd Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Ilmenau 2008.
10. Rasool, A.; Behrmann, T.; Goch, G.: Improved laser tracking system for absolute position measurement in Machine Tools. Poster, 30th Colloquium of Automation 2008 in Salzhausen.
11. Flore, J.: Comparison of machine characterisation systems. In: Mikroniek - Professional journal on precision engineering, volume 49, issue 3, 2009