Werkzeugmaschinen- Fertigungssysteme

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1 Studium und Praxis Werkzeugmaschinen- Fertigungssysteme Band 4 Meßtechnische Untersuchung und Beurteilung Fünfte, überarbeitete Auflage Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Weck VDI VM VERLAG

2 Inhalt Formelzeichen und Abkürzungen XIX 1 Ziele und Methoden zur Erfassung der Maschinenkenngrößen Bedeutung der Maschinenbeurteilung und -abnähme Direkte Erfassung der Maschineneigenschaften Indirekte Erfassung der Maschineneigenschaften Auslehren mit angepaßten Meßnormalen Normen, Normungsgremien Anforderungen an die Meßverfahren und Vorgehensweise 7 2 Meßgeräte zur Erfassung von Maschineneigenschaften Geräte zur Messung von Wegen Mechanische Wegmeßgeräte Potentiometer-Weggeber Kapazitive Weggeber Wirbelstrom-Weggeber Induktive Weggeber Optische Wegmeßgeräte Laser-Interferometer Positionsempfindliche Photodiode Laser-Distanz-Sensor Inkrementaler Linearmaßstab Geräte zur Messung von Winkeln Seismischer Drehschwingungsaufnehmer Elektronische Neigungswaage Optische Winkelgeber Autokollimator Inkrementaler Winkelschrittgeber Geräte zur Messung von Geschwindigkeiten Elektrodynamische Geber Geräte zur Messung von Beschleunigungen Geräte zur Messung von Linearbeschleunigungen Einrichtung zur Messung von Drehbeschleunigungen Geräte zur Messung von Kräften Dehnungsmeßstreifen (DMS) Piezoquarze 50 XI

3 2.6 Interferometrische Verfahren zur Verformungsanalyse Holografie Verfahren der holografischen Interferometrie Meßaufbau Beispiel Verfahrensvarianten Auswerteverfahren von Makrointerferenzmustern Verfahrensgrenzen Speckleinterferometrie Verfahren der Speckleinterferometrie Meßaufbau Beispiel Verfahrensvarianten Auswerteverfahren von Specklebildern Verfahrens grenzen Vergleich holografischer Interferometrie und Speckleinterferometrie Sensoren zur Messung von Temperaturen 77 DIREKTE MESSUNG UND BEURTEILUNG DER MASCHINENEIGENSCHAFTEN 3 Geometrisches und kinematisches Verhalten von Werkzeugmaschinen Geometrische Abweichungen Allgemeine Beschreibung der systematischen Abweichungen Bewegung in einer Achse Bewegung in mehreren Achsen Allgemeine Beschreibung des statistischen Anteils der Abweichungen Bestimmung der Werkstückmaßfehler aus den geometrischen Maschinenabweichungen Linearisierte Beschreibung der statistischen Abweichungen Meßverfahren zur Ermittlung der geometrischen Maschineneigenschaften Meßprinzipien. Allgemeine Zusammenhänge, Begriffsdefinitionen Messung der Tischgeradheit bzw. -ebenheit Meßverfahren mit Lineal und Wegaufnehmern Meßverfahren mit positionsempfindlicher Diode (PSD) 107 XII

4 Meßverfahren mit Autokollimator Meßverfahren mit elektronischer Neigungswaage Meßverfahren mit Laser-Interferometer und Winkeloption Messung der Geradlinigkeit der Bewegung Meßverfahren mit dem Laser-Interferometer und Geradheitsoption (Wollaston-Prisma) Messung der Positionierabweichung Messung mit dem Stufenendmaß Messung mit Laser-Interferometer Messung mit dem inkrementalen Vergleichsmaßstab Statistische Auswertung Messung der Winkelabweichungen linerar bewegter Achsen Meßverfahren mit Lineal und Wegaufnehmern Meßverfahren mit positionsempfindlichen Photodioden Meßverfahren mit Autokollimator Meßverfahren mit elektronischer Neigungswaage Meßverfahren mit Laser-Interferometer und Winkeloption Messung der Winkligkeit mehrerer Achsen zueinander Messung mit verkörpertem Winkelnormal Meßverfahren mit dem Laser-Geradheitsmeßsystem und Pentaprisma Meßverfahren mit Laser-Interferometer und Pentaprisma Parallelitätsmessungen von Bewegungsachsen Messung der Abweichung rotatorischer Achsen Grundlagen und Definitionen Wiederholbarer und nicht wiederholbarer Rundlauffehler Messung von Rundlaufabweichungen, der Axialruhe und des Planlaufes drehender Achsen nach DIN Messung der Abweichung rotatorischer Achsen mittels Prüfkugel oder Prüfzylinder Messung mit Laser und positionsempfindlichen Photodioden Auslehren des Arbeitsraumes mit einem angepaßten Meßnormal 159 Kinematische Abweichungen Allgemeine Beschreibung 166

5 3.2.2 Meßverfahren zur Ermittlung der kinematischen Maschineneigenschaften Vorschubfehlermessung an einer Drehmaschine (rotatorisch-translatorische Bewegungen) Dreh- und Vorschubfehlermessung an einer Wälzfräsmaschine (rotatorisch-rotatorischtranslatorische Bewegungen) Messung einer Zweiachsen-NC-Steuerung (translatorisch-translatorische Bewegungen) Statisches Verhalten von Werkzeugmaschinen Meßtechnische Erfassung des Werkstückgewichtseinflusses Meßtechnische Erfassung des statischen Prozeßlasteinflusses Schwachstellenanalyse statisch belasteter Machinenbauteile Quasi-statische Last-Verformungsanalyse Bestimmung örtlicher statischer Verformungen von Maschinenkomponenten mit dem Verfahren der Speckleinterferometrie Thermisches Verhalten von Werkzeugmaschinen Thermische Einflüsse auf Werkzeugmaschinen Meßtechnische Untersuchung des thermischen Verformungsverhaltens Versuchsaufbau Temperaturentwicklung und Verformungsverhalten an der Zerspanstelle durch innere Wärmequellen Temperatur- und Verformungsverhalten aufgrund thermischer Umgebungseinflüsse Messung von Strukturverformungen Bestimmung des zeitlichen Wärmeflusses Dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen Grundlagen des dynamischen Verhaltens Bestimmung von Systemkennwerten aus Messungen des dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens Schwingungsarten und -Ursachen Meß- und Auswerteverfahren für die experimentelle Modalanalyse Digitale Signalverarbeitung Fourier-Transformation Ermittlung des Übertragungsverhaltens 236 XIV

6 6.2.4 Messung von Eigenschwingungsformern, Bestimmung der Modalen Parameter, Curve-Fitting-Verfahren Testsignal- und Erregerarten Anregungsformen Erregerarten Dynamisches Maschinenverhalten bei der Zerspanung mit definierter Schneidengeometrie (Fräsen, Drehen, Bohren, Räumen usw.) Beschreibung des Regenerativeffektes Selbsterregte Schwingungen durch Lagekopplung Beurteilung des Nachgiebigkeitsverhaltens Bearbeitungssimulation von Dreh- und Fräsoperationen Simulation im Frequenzbereich Simulation im Zeitbereich Meßvorschrift zur Untersuchung spanender Werkzeugmaschinen Stand der Technik Dynamisches Maschinenverhalten bei der Zerspanung mit Undefinierter Schneidengeometrie (Schleifen) Beschreibung des Regenerativeffektes bei der Zerspanung mit Undefinierter Schneidengeometrie Systemnachgiebigkeitsverhalten Schleifmaschine-Schleifscheibe-Werkstück Geometrie dynamischer Eingriffsverhältnisse beim Schleifen Ermittlung der Übergangs- und Abhebefrequenz Darstellung der Zeitspanungsvolumenänderung in der komplexen Ebene Wellenbildung auf dem Werkstück Grenzphasenkurve für werkstückseitiges Rattern Wellenbildung auf der Schleifscheibe Grenzphasenkurve für das schleifscheibenseitige Rattern Möglichkeiten zur Erhöhung der Stabilität beim Schleifen Stand der Technik von Schleifmaschinen Einflußfaktoren auf das Ratterverhalten Maßnahmen zur Verringerung der Ratterneigung Aktive und passive Dämpfungssysteme Verminderung des negativen Realanteils Werkzeuge mit ungleicher Teilung 365 XV

7 7 Kinematisches und dynamisches Verhalten der Vorschubantriebe Aufbau von Bahnsteuerungen Bahnfehler an Werkzeugmaschinen Bahnfehler bei der Konturerzeugung Bahnfehler im Lageregelkreis Meßtechnische Erfassung des Verhaltens von Vorschubantrieben Ermittlung der größten und kleinsten Bahngeschwindigkeit Ermittlung der kleinsten Schrittweite Messung des Beschleunigungs- und Positionierverhaltens Bestimmung der dynamischen Bahnabweichungen Der Kreisformtest Bestimmung des Übertragungsverhaltens von Lageregelkreisen Messung und Optimierung der Geschwindigkeitsverstärkung (K v -Faktor) Einflüsse der mechanischen Übertragungssysteme Inbetriebnahme Geräuschverhalten von Werkzeugmaschinen Grundbegriffe der Akustik Schallkennwerte Spektrale Zusammensetzung des Schalls Analyse und Bewertung von Geräuschen Frequenzbewertung Zeitbewertung Beurteilung zeitlich schwankender Geräusche Schallmeßtechnik zur Ermittlung der Geräuschemission von Maschinen Schallpegelmessung Analysiermeßtechnik Geräuschmessungen nach DIN Geräuschmessungen nach dem Schallintensitätsmeßverfahren Ortung von Schallanteilen und Rückschlüsse auf die Geräuschanregung bei Maschinen Rundummessung im Fernfeld Rundummessung im Nahfeld Messung des Körperschalls Ermittlung von Schallanteilen Schmalbandanalysen 429 XVI

8 8.4.6 Kohärenzanalysen Beurteilung des Geräuschverhaltens von Werkzeugmaschinen 433 INDIREKTE BEURTEILUNG DER MASCHINENEIGENSCHAFTEN DURCH BEARBEITUNGSTESTS 9 Ermittlung der Arbeitsgenauigkeit mit Prüfwerkstücken Werkstückmeßtechnik Abnahme- und Prüfwerkstücke Prüfwerkstücke zur Ermittlung der Arbeits- und Positionsgenauigkeit Prüfwerkstücke zur Ermittlung maschinentypischer Fehler Fähigkeitsuntersuchungen zur Abnahme von Werkzeugmaschinen Vorgehen Einflußfaktoren Statistische Auswertung Abnahmerichtlinie Beurteilung des statischen und dynamischen Verhaltens während der Bearbeitung Verfahren zur Bestimmung der Grenzspanleistung Praktisches Beispiel für eine rationelle Vorgehensweise Zusammenfassung 487 Normen und Richtlinien 489 Schrifttum 495 Sachwörterverzeichnis 509 XVII