Die Bedeutung der 6 Freiheitsgrade
Komponentenfehler pro Linearachse (Rundachsen 6 Komponentenfehler und 5 Lagefehler 5Achs-Maschine 43 mögliche Fehlervektoren mit Maschinenwinkel) der Maschinenkalibrierung
Die sechs Freiheitsgrade sind entscheidend für die präzise Bewegung und Positionierung einer Werkzeugmaschine. Sie bestimmen, wie eine Maschine sich im Raum bewegt und welche Abweichungen korrigiert werden müssen, um höchste Genauigkeit zu gewährleisten. Durch eine gezielte Kalibrierung aller sechs Freiheitsgrade wird die Positionierungsgenauigkeit der Maschine optimiert, was wiederum die Qualität der produzierten Teile deutlich erhöht.
Dieser Freiheitsgrad misst die Abweichungen von der idealen horizontalen Geraden der Maschine. Bei der Kalibrierung wird sichergestellt, dass horizontale Bewegungen präzise und ohne Versatz erfolgen. Das ist besonders wichtig für die Herstellung von breiten oder langen Werkstücken, bei denen kleine Abweichungen große Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit haben können.
Hierbei handelt es sich um die Messung vertikaler Abweichungen. Bei einer Kalibrierung wird die Maschine daraufhin geprüft, dass vertikale Bewegungen exakt verlaufen. Das ist besonders relevant für Arbeitsprozesse, die präzise Höhenmessungen und vertikale Bearbeitungen erfordern. Eine genaue vertikale Geradheit verbessert die Oberflächengenauigkeit und minimiert Höhenfehler.
Die Linearität beschreibt die Genauigkeit der Bewegung entlang einer linearen Achse. Eine Kalibrierung optimiert die linearen Bahnen, was zu einer besseren Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit führt. Die präzise Ausrichtung der linearen Bewegung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Werkzeug die gewünschte Position ohne Abweichungen erreicht.
Als Drehbewegung um die vertikale Achse beeinflusst das Gieren die Genauigkeit bei der Werkzeugausrichtung und die Winkelgenauigkeit. Durch die Kalibrierung dieses Freiheitsgrades wird sichergestellt, dass die Maschine keine unerwünschten Rotationsbewegungen ausführt, was bei der Bearbeitung von komplexen Konturen oder geneigten Flächen wesentlich ist.
Das Nicken, also die Kippbewegung um die horizontale Querachse, ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von Ober- und Unterseiten von Werkstücken. Die Kalibrierung sorgt dafür, dass diese Kippbewegungen kontrolliert und minimiert werden, wodurch die Ebenheit und Genauigkeit der Werkstücke gewährleistet wird.
Die Rotationsbewegung um die Längsachse wird als Rollen bezeichnet und ist vor allem bei komplexen, mehrachsigen Bearbeitungsvorgängen relevant. Eine präzise Kalibrierung dieses Freiheitsgrades reduziert mögliche Verdrehungen oder Torsionen und sorgt für eine exakte Werkzeugführung.
Vorteil der Kalibrierung aller Freiheitsgrade gegenüber herkömmlichen Messmethoden
Die umfassende Kalibrierung aller sechs Freiheitsgrade stellt sicher, dass alle Arten von Bewegungsabweichungen korrigiert werden – sowohl (lineare) Translatorisch als auch Rotatorisch. Herkömmliche Messmethoden erfassen oft nur einzelne Achsen oder Freiheitsgrade und können daher potenzielle Fehlerquellen übersehen. Durch eine vollständige volumetrische Kalibrierung, bei der alle Freiheitsgrade einbezogen werden, kann die Maschine präzise entlang aller Achsen und in allen Bewegungsrichtungen gesteuert werden. Dies führt zu einer höheren Produktionsqualität, weniger Ausschuss und einer effizienten Ausführung von Bearbeitungsoperationen.
Fallbeispiel: Szenario - Fräsen eines flachen Werkstücks
Ein Fallbeispiel kann verdeutlichen, wie sich Fehler beim Gieren (Rotation um die vertikale Achse) und Nicken (Kippbewegung um die horizontale Querachse) auf das Fräsbild einer Maschine auswirken:
Szenario: Fräsen eines flachen Werkstücks
Stellen Sie sich vor, eine CNC-Fräsmaschine bearbeitet eine große, flache Oberfläche mit einem Fräswerkzeug. Wenn die Maschine während des Prozesses sowohl Gier- als auch Nickfehler aufweist, könnte dies zu den folgenden Problemen führen:
Durch Gierfehler kann sich die Maschine leicht verdrehen, was zu einer welligen oder unebenen Oberfläche führt. Besonders bei längeren Fräswegen zeigt sich dieser Effekt deutlich, da jede kleine Abweichung im Winkel die Bearbeitungsqualität verschlechtert.
Ein Nickfehler kann dazu führen, dass sich die Frästiefe auf der Vorder- und Rückseite des Werkstücks unterscheidet. Diese Höhenunterschiede wirken sich direkt auf die Maßhaltigkeit und die Ebenheit der bearbeiteten Oberfläche aus.
Gier- und Nickfehler können dazu führen, dass Werkstücke nicht den geforderten Toleranzen entsprechen. Bohrungen oder Konturen könnten leicht versetzt sein, was dazu führt, dass Teile nicht korrekt zusammenpassen.
Die Fehler führen zu einer verminderten Oberflächenqualität und erfordern Nacharbeit, um das gewünschte Finish zu erreichen. Das erhöht den Zeitaufwand und die Kosten und kann zu Ausschuss führen, wenn die Fehler nicht korrigierbar sind.
Die Vorteile im Überblick
Ein Fallbeispiel kann verdeutlichen, wie sich Fehler beim Gieren (Rotation um die vertikale Achse) und Nicken (Kippbewegung um die horizontale Querachse) auf das Fräsbild einer Maschine auswirken:
Szenario: Fräsen eines flachen Werkstücks
Stellen Sie sich vor, eine CNC-Fräsmaschine bearbeitet eine große, flache Oberfläche mit einem Fräswerkzeug. Wenn die Maschine während des Prozesses sowohl Gier- als auch Nickfehler aufweist, könnte dies zu den folgenden Problemen führen:
Sie korrigiert alle geometrischen Fehler innerhalb des Arbeitsvolumens der Maschine, einschließlich aller einbezogenen Achsen und Freiheitsgrade, und sorgt für eine deutlich präzisere Bearbeitung.
Nach einem Crash kann diese Methode die ursprüngliche Präzision und Funktion schnell wiederherstellen, indem sie die gesamte Maschinengeometrie überprüft und korrigiert.
Die Kalibrierung berücksichtigt das gesamte Arbeitsvolumen, was zu gleichmäßiger Präzision über den gesamten Bearbeitungsbereich führt.
Alle Achsen werden bei dieser Kalibrierungsmethode einbezogen, was besonders für komplexe Maschinen mit mehreren beweglichen Achsen wichtig ist, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Eine Einstellung in allen sechs Freiheitsgraden ermöglicht eine hochpräzise Maschinenkalibrierung und reduziert Fehlerquellen während der Produktion.
Im Vergleich zu mechanischen Justierungen ist die volumetrische Kalibrierung schneller und einfacher, was Zeit und Ressourcen spart.
Die Kalibrierung kann gemäß Normen wie ISO 230-6 und ISO 230-4 erfolgen, um internationale Standards einzuhalten und Qualitätssicherung zu gewährleisten.
Regelmäßige Kalibrierung verhindert vorzeitigen Verschleiß und Schäden, minimiert Belastungen durch Fehlausrichtungen und erhöht die Lebensdauer der Maschine.
Eine präzise Kalibrierung sorgt für eine höhere Erstpassgenauigkeit, weniger Materialverschwendung und reduzierte Kosten durch fehlerhafte Teile.
