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In unserem Artikel “Was ist eine Kalibrierung?”haben wir erörtert, dass die Kalibrierung ein zweistufiger Prozess ist, bei dem zunächst die Leistung des Geräts im Vergleich zu einem Referenzstandard bewertet wird und anschließend diese Informationen zur Verbesserung der Geräteleistung verwendet werden. Und wir haben uns angesehen, dass viele der angebotenen “Kalibrierungs”-Dienstleistungen für Laser Tracker eigentlich falsch bezeichnet sind, da sie den zweiten Schritt nicht durchführen. Aber was passiert, wenn wir dieselben Standards auf Werkzeugmaschinen anwenden? Wie identifizieren und korrigieren die verfügbaren Kalibrierungsprodukte und -dienstleistungen tatsächlich Fehler in der Leistung von Werkzeugmaschinen und erfüllen sie beide Kriterien für die Kalibrierung gemäß der Definition des VIM?

Werkzeugmaschinen sind das Lebenselixier der industriellen Fertigung und das schon seit mehr als zwei Jahrhunderten. Unabhängig von der Branche muss bei jedem größeren technischen Projekt irgendwann ein großes Stück Material durch eine Kombination aus Schneiden, Schleifen, Pressen, Aufbohren oder Bohren geformt werden. Diese umgeformten Teile können als neue Teile dienen, die eingebaut werden, als Gehäuse für andere Teile in einer Baugruppe oder als Formen, in denen andere Teile geformt werden können. Und da die Werkzeugmaschinen durch Computer Numerical Control (CNC) und Computer Aided Design (CAD) immer genauer werden, haben die für sie entworfenen Teile immer kompliziertere Merkmale in größeren Maßstäben mit engeren Toleranzen entwickelt.

Für Hersteller ist es wichtiger denn je, dass ihre Werkzeugmaschinen nicht nur von Anfang an genau sind, sondern auch im Laufe der Zeit genau bleiben, um kostspielige Nacharbeiten und Ausschuss zu vermeiden. Um sicherzustellen, dass Werkzeugmaschinen auf der ganzen Welt mit optimaler Genauigkeit arbeiten, haben die International Organization for Standardization (ISO) und die American Society of Mechanical Engineers (ASME) in den frühen 2000er Jahren ihre Definitionen und Standards für die Kalibrierung von Werkzeugmaschinen (MTC) aktualisiert.

Was ist die Werkzeugmaschinenkalibrierung?

Traditionell wurde bei Kalibrierungsmessungen nur nach Verschiebungsfehlern gesucht, die durch Messung der linearen Bewegung entlang jeder der drei Achsen der Werkzeugmaschine (X, Y und Z) ermittelt wurden. Das Ermitteln und Korrigieren dieser drei Fehlerquellen war in der Regel ausreichend, um eine Werkzeugmaschine innerhalb der Toleranz zu halten.

Aber da die Toleranzanforderungen bei neueren, komplizierteren Modellen enger geworden sind, haben neue Normen wie ISO 230-6 und ASME B5.54 viele andere Fehlerquellen identifiziert, die berücksichtigt werden müssen, damit Werkzeugmaschinen ihr höchstes Leistungsniveau beibehalten. Zusätzlich zu den drei Verschiebungsfehlern, die wir bereits erwähnt haben, heben diese neuen Normen 18 weitere Fehlerparameter hervor, die bei Kalibrierungsmessungen berücksichtigt werden müssen. Unsere Standard-3-Achsen-Werkzeugmaschine hat jetzt also 21 mögliche Fehler, die kalibriert werden müssen.

Wo sind die Fehler?

Nun, 21 klingt nach einer Menge von Fehlern, aber wir können sie tatsächlich ziemlich einfach in Achsen- oder Rechtwinkligkeitsgruppen zusammenfassen. Jede Achse des Werkzeugs hat die gleichen 6 möglichen Fehler, während es sich durch seinen Bewegungspfad bewegt. Der erste ist die lineare Positionierung, für die in der Vergangenheit alte Standards gemessen wurden, aber während sich diese Achse bewegt, müssen wir auch auf die vertikale und horizontale Geradheit achten und jegliche Nick-, Gier- oder Rollbewegungen identifizieren. Diese 6 Fehler werden auf jeder Achse gefunden, was 18 von 21 ausmacht. Die letzten 3 Fehler liegen in der Maschine selbst, da sie an den XY-, YZ- und XZ-Knotenpunkten rechtwinklig sein muss.

Viele MTC-Produkte und -Dienstleister messen nach wie vor nur den Wegfehler und könnten bis zu 18 andere Probleme mit Ihrer Maschine übersehen. Daher ist es wichtig, bei der Untersuchung von Kalibriermethoden zu fragen, wie viele Fehlerparameter gefunden und kompensiert werden.

Entspricht MTC den von VIM definierten Standards?

Um auf die VIM-Definition der Kalibrierung zurückzukommen, ist die Kompensation der zweite Teil, der benötigt wird, um die Maschinenleistung tatsächlich zu verbessern. Für MTC ist die Kompensation eigentlich der einfachere Schritt. Nachdem alle Messungen durchgeführt wurden, um festzustellen, wo Fehler auftreten, kann die Messsoftware einen Bericht mit Kompensationstabellen erstellen, der direkt in die Werkzeugmaschinensteuerung hochgeladen wird, um die Leistung sofort zu verbessern.

Kurz gesagt, Werkzeugmaschinen haben jede industrielle Revolution vorangetrieben und mit der Verbesserung ihrer Leistung sind auch die Konstruktionen und Anforderungen an sie gestiegen. Damit Werkzeugmaschinen mit ihrer höchsten Kapazität laufen, haben sich die Kalibrierungsstandards geändert, so dass Geräte- und Serviceanbieter alle 21 möglichen Fehlerparameter für eine 3-Achsen-Maschine untersuchen müssen. Der XD Laser von API ist in der Lage, alle 21 Fehler in einem einzigen, einfachen Setup zu messen und zu korrigieren und unser Global-Local-Services-Team hat jahrzehntelange Erfahrung mit der Kalibrierung von mehr als 20 Arten von Maschinensteuerungen. Um mehr über MTC zu erfahren, klicken Sie hier und kontaktieren Sie uns noch heute, um mit einem echten Messtechniker zu sprechen.
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Quellen:

https://www.americanmachinist.com/cmm-and-qc/article/21894597/machine-tool-calibration-standards-and-methods

https://www.iso.org/standard/30762.html

https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/b5-54-methods-performance-evaluation-computer-numerically-controlled-machining-centers