Werkzeugmaschinen: 5 Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, dynamische Stabilität
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| Language: | German |
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Berlin [u.a.]
Springer
2006
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| Edition: | 7., neu bearb. Aufl. |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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| ISBN: | 3540225056 9783642387487 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen und Abkürzungen XVIII
1 Ziele und Methoden zur Erfassung
der Maschineneigenschaften 1
1.1 Bedeutung der Maschinenbeurteilung und -abnähme 1
1.2 Anforderungen an die Messverfahren und Vorgehensweise bei
der Durchführung 2
1.3 Direkte Erfassung der Maschineneigenschaften 5
1.4 Indirekte Erfassung der Maschineneigenschaften 7
1.5 Normen, Normungsgremien 8
2 Messgeräte zur Erfassung
von Maschineneigenschaften 11
2.1 Geräte zur Messung von Wegen 11
2.1.1 Mechanische Wegmessgeräte 12
2.1.2 Potentiometer-Weggeber 14
2.1.3 Kapazitive Weggeber 15
2.1.4 Wirbelstrom-Weggeber 17
2.1.5 Induktive Weggeber 17
2.1.6 Optische Wegmessgeräte 21
2.1.6.1 Laser-Interferometer 21
2.1.6.2. Laser Tracker 29
2.1.6.3 Positionsempfindliche Photodiode 32
2.1.6.4 Laser-Distanz-Sensor 34
2.1.6.5 Inkrementaler Linearmaßstab 34
2.2 Geräte zur Messung von Winkeln 36
2.2.1 Seismischer Drehschwingungsaufnehmer 36
2.2.2 Elektronische Neigungswaage 38
2.2.3 Optische Winkelgeber 39
2.2.3.1 Autokollimator 39
2.2.3.2 Inkrementaler Winkelschrittgeber 41
2.3 Geräte zur Messung von Geschwindigkeiten 42
X Inhaltsverzeichnis
2.3.1 Elektrodynamische Geber 42
2.4 Geräte zur Messung von Beschleunigungen 43
2.4.1 Geräte zur Messung von Linearbeschleunigungen 43
2.4.2 Einrichtung zur Messung von Drehbeschleunigungen 43
2.5 Geräte zur Messung von Kräften 45
2.5.1 Dehnungsmessstreifen (DMS) 45
2.5.2 Piezoquarze 49
2.6 Interferometrische Verfahren zur Verformungsanalyse 52
2.6.1 Holografie 52
2.6.1.1 Verfahren der holografischen Interferometrie 52
2.6.1.2 Messaufbau 53
2.6.1.3 Beispiel einer holografischen Messung 54
2.6.1.4 Verfahrensvarianten 56
2.6.1.5 Auswerteverfahren von Makrointerferenzmustern 59
2.6.1.6 Verfahrensgrenzen 61
2.6.2 Speckleinterferometrie 62
2.6.2.1 Verfahren der Speckleinterferometrie 62
2.6.2.2 Messaufbau 65
2.6.2.3 Beispiel für eine Messung mit dem Speckleinter-
ferometer 65
2.6.2.4 Verfahrensvarianten 67
2.6.2.5 Auswerteverfahren von Specklebildern 71
2.6.2.6 Verfahrensgrenzen 72
2.6.3 Vergleich holografischer Interferometrie und
Speckleinterferometrie 72
2.7 Sensoren zur Messung von Temperaturen 73
DIREKTE MESSUNG UND BEURTEILUNG
DER MASCHINENEIGENSCHAFTEN
3 Geometrisches und kinematisches Verhalten
von Werkzeugmaschinen 77
3.1 Geometrische Abweichungen 80
3.1.1 Allgemeine Beschreibung der systematischen Abweichungen 80
3.1.1.1 Bewegung in einer Achse 80
3.1.1.2 Bewegung in mehreren Achsen 83
3.1.2 Allgemeine Beschreibung des statistischen Anteils der
Abweichungen 87
3.1.3 Bestimmung der Werkstückmaßfehler aus den geometrischen
Maschinenabweichungen 88
3.1.4 Linearisierte Beschreibung der statistischen Abweichungen... 89
Inhaltsverzeichnis XI
3.1.5 Messverfahren zur Ermittlung der geometrischen Maschinen¬
eigenschaften 93
3.1.5.1 Messprinzipien. Allgemeine Zusammenhänge,
Begriffsdefinitionen 98
3.1.5.2 Messung der Tischgeradheit bzw.-ebenheit 101
3.1.5.2.1 Messverfahren mit Lineal und Weg-
aufhehmern 101
3.1.5.2.2 Messverfahren mit positionsempfind¬
licher Diode (PSD) 102
3.1.5.2.3 Messverfahren mit Autokollimator 103
3.1.5.2.4 Messverfahren mit elektronischer
Neigungswaage 104
3.1.5.2.5 Messverfahren mit Laser-Interfero-
meter und Winkeloption 105
3.1.5.3 Messung der Geradlinigkeit der Bewegung 106
3.1.5.3.1 Messverfahren mit dem Laser-Inter-
ferometer und Geradheitsoption
(Wollaston-Prisma) 109
3.1.5.4 Messung der Positionierabweichung 110
3.1.5.4.1 Messung mit dem Stufenendmaß 115
3.1.5.4.2 Messung mit dem Laser-Interferometer.. 116
3.1.5.4.3 Messung mit dem inkrementalen
Vergleichsmaßstab 118
3.1.5.5 Messung der Winkelabweichungen linear
bewegter Achsen 119
3.1.5.5.1 Messverfahren mit Lineal und
Wegaufnehmern 120
3.1.5.5.2 Messverfahren mit positionsempfind¬
lichen Photodioden 121
3.1.5.5.3 Messverfahren mit Autokollimator 121
3.1.5.5.4 Messverfahren mit elektronischer
Neigungswaage 121
3.1.5.5.5 Messverfahren mit Laser-Interfero¬
meter und Winkeloption 122
3.1.5.6 Statistische Auswertung 123
3.1.5.7 Messung der Winkligkeit mehrerer Achsen
zueinander 126
3.1.5.7.1 Messung mit verkörpertem Winkel¬
normal 127
3.1.5.7.2 Messverfahren mit dem Laser-Gerad¬
heitsmesssystem und Pentaprisma 127
3.1.5.7.3 Messverfahren mit Laser-Interfero¬
meter und Pentaprisma 128
3.1.5.8 Parallelitätsmessungen von Bewegungsachsen 129
3.1.5.9 Messung der Abweichungen rotatorischer Achsen.. 130
3.1.5.9.1 Grundlagen und Definitionen 131
XII Inhaltsverzeichnis
3.1.5.9.2 Wiederholbarer und nichtwiederhol-
barer Rundlauffehler 136
3.1.5.9.3 Messung von Rundlaufabweichungen,
der Axialruhe und des Planlaufes
drehender Achsen nach DIN 137
3.1.5.9.4 Messung der Abweichung
rotatorischer Achsen mittels Prüfkugel
oder Prüfzylinder 138
3.1.5.9.5 Messungen mit Laser und positions¬
empfindlichen Photodioden 142
3.1.5.10 Auslehren des Arbeitsraumes mit einem angepass-
ten Messnormal 149
3.2 Kinematische Abweichungen 152
3.2.1 Allgemeine Beschreibung 152
3.2.2 Messverfahren zur Ermittlung der kinematischen Maschinen¬
eigenschaften 152
3.2.2.1 Vorschubfehlermessung an einer Drehmaschine
(rotatorisch-translatorische Bewegungen) 152
3.2.2.2 Dreh- und Vorschubfehlermessung an einer Wälz¬
fräsmaschine (rotatorisch-rotatorisch-
translatorische Bewegungen) 155
3.2.2.3 Messung einer Zweiachsen-NC-Steuerung (trans¬
latorisch-translatorische Bewegungen) 158
3.2.2.4 Kreisformtest 159
4 Statisches Verhalten von Werkzeugmaschinen 163
4.1 Messtechnische Erfassung des Werkstückgewichtseinflusses 163
4.2 Messtechnische Erfassung des statischen Prozesslasteinflusses 165
4.3 Schwachstellenanalyse statisch belasteter Maschinenbauteile 168
4.4 Quasi-statische Last-Verformungsanalyse 170
4.5 Bestimmung statischer Verformungen mit Hilfe der Speckle-
interferometrie 176
5 Thermisches Verhalten von Werkzeugmaschinen 179
5.1 Thermische Einflüsse auf Werkzeugmaschinen 179
5.2 Messtechnische Untersuchung des thermischen Verformungs¬
verhaltens 181
5.2.1 Versuchsaufbau 181
5.2.2 Temperaturentwicklung und Verformungsverhalten
an der Zerspanstelle durch innere Wärmequellen 184
5.2.3 Temperatur- und Verformungsverhalten aufgrund thermischer
Umgebungseinflüsse 187
Inhaltsverzeichnis XIII
5.2.4 Messung von Strukturverformungen 190
5.2.5 Bestimmung des zeitlichen Wärmeflusses 192
6 Dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen 195
6.1 Grundlagen des dynamischen Verhaltens 195
6.1.1 Bestimmung von Systemkennwerten aus Messungen des
dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens 199
6.1.2 Schwingungsarten und -Ursachen 201
6.2 Mess- und Auswerteverfahren für die experimentelle Modalanalyse 205
6.2.1 Digitale Signalverarbeitung 205
6.2.2 Fourier-Transformation 208
6.2.3 Ermittlung des Übertragungsverhaltens 215
6.2.4 Messung von Eigenschwingungsformen, Bestimmung der
modalen Parameter, Curve-Fitting-Verfahren 222
6.2.5 Testsignal- und Erregerarten 235
6.2.5.1 Anregungsformen 235
6.2.5.2 Erregerarten 236
6.3 Dynamisches Maschinen verhalten bei der Zerspanung mit definierter
Schneidengeometrie (Fräsen, Drehen, Bohren, Räumen usw.) 245
6.3.1 Regenerativeffekt für Prozesse mit stehenden Werkzeugen
(Drehen) unter Berücksichtigung des gerichteten Nachgiebig¬
keitsverhaltens 245
6.3.2 Selbsterregte Schwingungen durch Lagekopplung 255
6.3.3 Simulation des Ratterverhaltens mit Hilfe der Nachgiebigkeits¬
matrix für beliebige Prozesse mit definierter Schneider 258
6.3.3.1 Modell des Ratterverhaltens spanender Werkzeug¬
maschinen für den allgemeinen Prozessanwen-
dungsfall 258
6.3.3.1.1 Allgemeine Grundlagen 258
6.3.3.1.2 Simulation im Frequenzbereich bei
konstanten Richtungsfaktoren 267
6.3.3.1.3 Simulation im Zeitbereich 278
6.3.3.2 Maß- und Formabweichungen beim Ausspindeln
von Bohrungen durch das dynamische Nachgie¬
bigkeitsverhalten 290
6.3.3.2.1Bohrungsmaß- und Bohrungsformabweichungen
durch den Schnittkrafteinfluss 291
6.3.3.2.2Bohrungsmaß- und Bohrungsformabweichungen
durch Umwuchtkräfte 301
6.3.3.3 Messvorschrift zur Untersuchung spanender
Werkzeugmaschinen 305
6.3.3.4 Stand der Technik 310
6.4 Dynamisches Maschinenverhalten bei der Zerspanung mit
Undefinierter Schneidengeometrie (Schleifen) 316
XIV Inhaltsverzeichnis
6.4.1 Beschreibung des Regenerativeffektes bei der
Zerspanung mit Undefinierter Schneidengeometrie 317
6.4.1.1 Systemnachgiebigkeitsverhalten Schleifmaschine-
Schleifscheibe-Werkstück 318
6.4.1.2 Geometrie dynamischer Eingriffsverhältnisse
beim Schleifen 320
6.4.1.3 Ermittlung der Übergangs- und Abhebefrequenz 324
6.4.1.4 Darstellung der Zeitspanungsvolumenänderung in
der komplexen Ebene 327
6.4.1.5 Wellenbildung auf dem Werkstück 330
6.4.1.6 Grenzphasenkurve für werkstückseitiges Rattern.... 333
6.4.1.7 Wellenbildung auf der Schleifscheibe 337
6.4.1.8 Grenzphasenkurve für das schleifscheibenseitige
Rattern 339
6.4.2 Möglichkeiten zur Erhöhung der Stabilität beim
Schleifen 342
6.4.3 Stand der Technik von Schleifmaschinen 344
6.5 Einflussfaktoren auf das Ratterverhalten 348
6.6 Maßnahmen zur Verringerung der Ratterneigung 349
6.6.1 Aktive und passive Dämpfungssysteme 350
6.6.2 Verminderung des negativen Realteils 352
6.6.3 Werkzeuge mit ungleicher Teilung 356
7 Messtechnische Erfassung des dynamischen Verhaltens
von Vorschubantrieben 359
7.1 Messtechnische Erfassung von Signalen der Antriebsregel¬
kreise 360
7.2 Führungs- und Störungsverhalten 362
7.3 Frequenzgangmessung 363
7.3.1 Messung des Führungsfrequenzgangs 364
7.3.2 Messung des Störfrequenzgangs 365
7.3.2.1 Messung mit periodischen Signalen 365
7.3.2.2 Messung mit einem Kraftsprung 367
7.4 Erfassung nichtlinearer Einflüsse in Vorschubsystemen 368
7.4.1 Kleinste verfahrbare Schrittweite 368
7.4.2 Kreisformtest 369
8 Geräuschverhalten von Werkzeugmaschinen 373
8.1 Grundbegriffe der Akustik 374
8.1.1 Schallkennwerte 374
8.1.2 Spektrale Zusammensetzung des Schalls 377
8.2 Analyse und Bewertung von Geräuschen 378
Inhaltsverzeichnis XV
8.2.1 Frequenzbewertung 378
8.2.2 Zeitbewertung 380
8.2.3 Beurteilung zeitlich schwankender Geräusche 381
8.3 Schallmesstechnik zur Ermittlung der Geräuschemissionen
von Maschinen 383
8.3.1 Schalldruckmessung 384
8.3.2 Analysiermesstechnik 385
8.3.3 Geräuschmessungen nach DIN 45635 387
8.3.4 Geräuschmessungen nach dem Schallintensitätsmess
verfahren 391
8.4 Ortung von Schallanteilen und Rückschlüsse auf die Geräusch¬
anregung bei Maschinen 395
8.4.1 Rundummessung im Fernfeld 395
8.4.2 Rundummessung im Nahfeld 396
8.4.3 Messung des Körperschalls 397
8.4.4 Ermittlung von Schallanteilen 398
8.4.5 Schmalbandanalysen 399
8.4.6 Kohärenzanalysen 401
8.5 Beurteilung des Geräuschverhaltens von Werkzeugmaschinen 402
8.6 Gehörgerechte Geräuschbeurteilung 410
8.6.1 Mess- und Analysetechnik zur gehörgerechten
Geräuschbeurteilung 412
INDIREKTE BEURTEILUNG DER MASCHINENEIGENSCHAFTEN
DURCH BEARBEITUNGSTESTS
9 Ermittlung der Arbeitsgenauigkeit
mit Prüfwerkstücken 413
9.1 Werkstückmesstechnik 415
9.2 Abnahme- und Prüfwerkstücke 418
9.2.1 Prüfwerkstücke zur Ermittlung der Arbeits- und Positions¬
genauigkeit 419
9.2.2 Prüfwerkstücke zur Ermittlung maschinentypischer Fehler... 421
9.3 Fähigkeitsuntersuchungen zur Abnahme von Werkzeugmaschinen.. 427
9.3.1 Vorgehensweise 427
9.3.2 Einflussfaktoren 431
9.3.3 Statistische Auswertung 435
9.3.4 Abnahmerichtlinie 441
XVI Inhaltsverzeichnis
10 Beurteilung des statischen und dynamischen Verhaltens während
der Bearbeitung 445
10.1 Verfahren zur Bestimmung der Grenzspanleistung 445
10.2 Praktisches Beispiel für eine rationelle Vorgehensweise 448
11 Zusammenfassung 451
Anhang 453
Literaturverzeichnis 459
Sachverzeichnis 469
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