Wärmefehler an Fräsmaschinen, Maßabweichungen durch Erwärmung

Hallo Kollegen,

kennt ihr auch das Problem von Maßabweichungen durch Erwärmung der Maschine?
Wenn ja in welchem Bereich liegen diese Abweichungen und welche Lösungen gibt es, um diese Abweichung zu kompensieren?

Ich habe an unserer Hermle C600 U ein Testprogramm geschrieben, um in gewissen Abständen einen festen Punkt im Arbeitsraum anzutasten und die Werte in einer Tabelle auszugeben. Leider kann ich die Temperatur der Spindel, die Ständertemperatur, Z-Korrektur-Wert und den Y-Korrektur-Wert nicht ausgeben lassen, die schreibe ich mir per Hand auf. Fa. Heidenhain verrät mir nicht wie das geht, aus sicherheitsgründen!
Ich habe aber dann eine Tabelle an der ich die Maßabweichung im Verhältnis zur Temperatur sehen kann.

Die größten Abweichungen betrugen ca. 0.03mm, die Hitzewelle ist aber auch vorbei!
Ist das normal oder schlecht?
Freue mich über eure Erfahrungen.

Gruß gusto

Hallo gusto,

grüß Dich. Die Werte, die Du genannt hast sind nicht schlecht. Du mußt in etwa wissen, ab wann die Spindel sich verlängert, unter welchem Einsatz und in welchem Zeitraum, dann kannst Du in etwa bei Hochgenauen Arbeiten vorbeugen. Damit meine ich wenn da etwas länger geschruppt wird und das liegt so in dem Zeitrahmen, in der die Spindel sich verlängert und Du willst dann Schlichten, dann kannst Du die 0,03 mit berücksichtigen.
Bei echter Wärmekompensation wird ja nicht nur das Längenwachstum der Spindel mit verrechnet, wobei es oft nicht zur Verlängerung kommt, weil ein Spindelkühl- und Schmieröl, welches sich im Umlauf befindet, schon bei einer Temperaturabweichung von einem Grad, über ein Kühlanlage auf eine gleichmäßige Temperatur gekühlt wird. Das Gleiche gibt es sowohl zum Erhitzen, wie auch zum Kühlen. Die eigentliche Temperaturkompenstion findet aber in den Tischen und dem Maschinenkörper statt. Dort wir also auch ständig die Temperatur überwacht und die Ausdehnung bei unterschiedlichen Gradzahlen wird mit verrechnet, denn so ein Maschinenkörper läßt sich schlecht kühlen bzw. auf eine Konstante Temperatur halten damit er sich nicht ausdehnt. Um nochmal auf den Tisch zurück zu kommen. Du kannst Dir sicher vorstellen, daß die Spänne welche auf den Tisch liegen bleiben eine ordentliche Temperatur haben und die wird dann an den Tisch weitergegeben. Auch eine noch auf dem Tisch befindliche Spannvorrichtung kann durch die Temperatur der Späne erhitzt werden, wobei ich von Trockenbearbeitung ausgehe. Die hier genannten Dinge sind oft real und lassen sich auf normalen Maschinen kaum kompensieren, denn dazu braucht man schon eine mit dieser Funktion ausgestatteten Maschinen-Steuerung.

So nun wird mir auch schon langsam heiß und ich mache mal Schluß.

Viele Grüsse aus Velbert

Conni

Der Beitrag wurde von conni bearbeitet: 02.09.2004, 20:39 Uhr

Hallo gusto!

Also wenn du "nur" 0,03mm Ausdehnung hast, dann ist das echt gut. Ich bin an einen Bohrwerk und da haben wir teilweise den Fall, das die Spindel bei höheren Drehzahlen(so bei 1000-1500 U/min) 0,1 mm länger wird. Wir lassen deshalb morgends die Spindel mit ca. 1200 U/min warmlaufen und das so ca. 10-20 min(in der Zeit ist dann auch der Kaffee getrunken ) und dann gehts los. Wenn wir etwas genaues fräsen müssen, dann fräsen wir mit Aufmass erst mal an und stellen dann gar zu(wir machen auch nur Einzelteile und Kleinserien, da ist das machbar). Ansonsten empfehle ich die Maschine in einen Raum mit Klimaanlage zu stellen, wie ein Lehrenbohrwerk , aber das würde dann etwas teuer werden

Gruß

rotti78

0.03 mm, das wäre bei einem Stahlstab von 300mm Länge eine Temperaturänderung von 8.5 Grad.

Man sollte auch nicht übersehen, daß die Glasmaßstäbe - sofern vorhanden - auch an der Maschine befestigt sind und ein Gehen bei Temperaturänderung mitmachen, der Hersteller kann sich nur die Stelle suchen, wo der Einfluß noch gering bleibt.

Das Schott-Glas Zerodur, das Heidenhain für hochwertige Maßstäbe nimmt, hat keine Wärmedehnung oder eine geringe, kann man so bestellen. Hier wirkt ein chemischer Vorgang der physikalischen Wärmedehung entgegen.

Hm - das hört sich natürlich erstmal sehr gut an - auf den ersten Blick.
Der Haken an der Sache ist aber die Tatsache, daß dann auch der Wärmeausdehnungskoeffizient des Maßstabs deutlich anders ausfällt als jener vom Maschinenteil, an dem der Maßstab befestigt ist. Dann messe ich vom Maßstab selbst ausgehend zwar immer dasselbe - aber wie siehts dann am Werkstück aus, im Bezug vom Tisch auf die Spindel?
Wenn ich jetzt mal von meinem Arbeitsplatz ausgehe (SIP 5000/7), dann sehe ich da an allen Achsen eine Kompensationsmöglichkeit, dazu ist der Kühlschmierstoff ebenso wie das Getriebeöl der Spindel temperiert (die Spindel selbst hat Dauerfettschmierung), die Temperatur wird am Tisch, am Querbalken des Gantryantriebs sowie an der Spindel überwacht. Der Tisch selbst verfährt nur in X-Richtung, ist gemessen an seiner Größe (1200x1700mm) mit 2,5t ziemlich massiv. An dieser Maschine befinden sich Maßstäbe aus Stahl, die Abtastung erfolgt optisch auf einem eingeätzten Gitter, die Auflösung beträgt 0,0001mm. Diese Maßstäbe haben denselben Ausdehnungskoeffizienten wie der Maschinenkörper aus Guß. Derzeit können wir auf Kompensationskorrekturwerte in den Maschinendaten komplett verzichten da sowohl die Raumtemperatur als auch die Öl/Wassertemperaturen stabil genug sind.
Bei durchgehender Naßbearbeitung habe ich auch bei großen Werkstücken keine Abweichungen größer als 0,01mm bei Kontrolle der Bezugspunkte. Nur wenn ich von Naß- auf Trockenbearbeitung wechsle, habe ich bei längerer Trockenbearbeitung größere Abweichungen, bis zu 0,03mm am Werkstück. Das liegt dann aber nicht an der Maschine, nicht am Maßstab - sondern allein an der Bearbeitungsabwärme, die natürlich nicht automatisch korrigierbar ist - da ist dann eine Kontrolle per Meßtaster halt obligatorisch.
Ein weiteres Problem sind die geometrisch bedingten Unlinearitäten von Maßstäben, sei es nun durch die Montage des Maßstabs selbst - oder durch die Bewegung der Achse. Wenn die Achse aus Gewichtsgründen einen Bogen fahren muß, dann muß ich diesen Bogen auch am Maßstab korrigieren. Das geht bei bestimmten Heidenhain-Maßstäben/älteren Steuerungen durch Verspannen des Glasstabs (dort sind alle 50-100mm entsprechende Stellschrauben), oder bei moderneren Exemplaren in den Maschinendaten. Das komplizierte hieran - bei Erwärmung oder wechselnder Massebelastung des Maschinenkörpers kann sich diese Kurve auch wieder ändern.

Gruß
Stefan

Hallo kollegen,

danke für die vielen Antworten!
Ich merke schon das Thema ist nicht ganz so einfach.
An unseren Hermle Maschinen sind Heidenhain Glasmaßstäbe das sollte eigentlich schon sehr genau sein.
Die von mir gemessenen 0.03mm scheinen ja nicht viel zu sein doch unsere Werkstücke haben manchmal auch nur einen Durchmesser von 5 mm.
Dazu kommt das wir mit einem Schwenkteilapparat arbeiten und dieser Fehler summiert sich dann zum Drehpunkt.

Es gibt doch von Renishaw ein Laserwerkzeugvermessungsgerät, könnte man nicht vor jedem Programmstart ein Referenzwerkzeug (Meßstift) durch diesen Laser fahren lassen und den Versatz kompensieren?
Müßte doch irgendwie automatisch in die Parameter zu übertragen sein!?

Gruß gusto

Das mit dem Laser geht schon, aber so wie ich dich verstehe willst du damit die Maschinenparameter beeinflussen.

Mache es doch einfach so, dass du vor der Bearbeitung die Werkzeuglänge am Laser neu ausmisst. Damit hast Du wenigstens den Fehler in der WZ-Achse korrigiert. Den Positionierfehler ist mit dieser Methode jedoch noch nicht korrigiert.

Das haben wir beim fräsen von Elektroden manchmal so gemacht. Später wurde die Maschine (Fehlmann P60/TNC 426) mit Temperaturfühlern aufgerüstet und Steuerungsmässig den Fehler auskorrigiert. Der Temperaturkompensation liegt eine Tabelle zugrunde, in der die Korrekturwerte der Maschinengeometrie im Verhältnis der Temperaturen der Spindel, Führungen und der Raumtemperatur abgelegt sind. In der Praxis hat sich gezeigt, dass sogar das verwenden von verschiedenen Tabellen nötig ist, um eine maximale Genauigkeit zu erreichen.

Gruss FFranz