Genauigkeit und Wiederholbarkeit von CNC-Maschinen: Was ist das?

Präzision bei CNC-Werkzeugmaschinen bezieht sich auf ihre Fähigkeit, bestimmte Pfade genau zu verfolgen und vorgegebene Endpunkte unter Last zu erreichen, ein Konzept, das als dynamische Genauigkeit bekannt ist. Umgekehrt misst die Wiederholbarkeit die Konsistenz der Maschine bei der Reproduktion befohlener Bewegungen, selbst über mehrere Zyklen während des Betriebs hinweg. Es ist wichtig zu erkennen, dass diese Definitionen von Genauigkeit und Wiederholbarkeit von den statischen Messungen der Maschinenbauer abweichen können. Statische Genauigkeit und Wiederholbarkeit werden normalerweise bewertet, wenn die Maschine inaktiv ist, und dienen als Vergleichsbasis.

 

Dynamische Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit bei CNC-Werkzeugmaschinen sind von Natur aus variabel und werden von der Belastung beeinflusst, die auf Maschinenkomponenten ausgeübt wird. Erhöhte Belastung stellt die Aufrechterhaltung der Präzision vor Herausforderungen und beeinträchtigt sowohl die Genauigkeit als auch die Wiederholbarkeit. Aufgrund der zahlreichen beteiligten Variablen ist es für Maschinenbauer nicht sinnvoll, dynamische Genauigkeits- und Wiederholgenauigkeitsspezifikationen mit Garantien zu liefern.

 

Dennoch sollten Maschinenbauer in der Lage sein, zu beurteilen, ob ihre Maschinen die Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsanforderungen spezifischer Anwendungen erfüllen. Vor der Anschaffung einer neuen Werkzeugmaschine ist es ratsam, sich vom Hersteller überzeugen zu lassen, dass diese Ihre betrieblichen Anforderungen erfüllen kann. Dieser proaktive Ansatz fördert die Transparenz und gewährleistet die Abstimmung zwischen den Fähigkeiten der Maschine und Ihren Anforderungen.

 

Faktoren, die die Genauigkeit von CNC-Maschinen beeinflussen

 

Nach der Installation einer CNC-Maschine liegen bestimmte Faktoren, die sich auf die Genauigkeit auswirken, außerhalb der Kontrolle des Benutzers. Dazu gehören:

 

1. Maschinenbau: Die Konstruktion der Maschine muss robust genug sein, um anspruchsvolle Bearbeitungsvorgänge ohne übermäßige Durchbiegung ihrer Stützkomponenten zu bewältigen.

 

2. Feedback-System: Linearmaßstäbe sind von entscheidender Bedeutung bei der Überwachung der Position beweglicher Komponenten für jede Achse. Im Gegensatz zu Drehgebern sind sie weniger von der Integrität von Achssystemkomponenten wie Wegsystemen, Kugelumlaufspindeln und Kupplungen abhängig.

 

Einige genauigkeitsbezogene Verantwortlichkeiten liegen jedoch beim Maschinenbenutzer, darunter:

 

1. Werkzeugmaschinenkalibrierung: Obwohl Maschinenbauer anfänglich die Teilungsfehler- und Spielkompensationen kalibrieren, liegt es in der Verantwortung der Endbenutzer, diese Kalibrierungen in regelmäßigen Abständen zu wiederholen, um die Genauigkeit während der gesamten Lebensdauer der Maschine aufrechtzuerhalten.

 

2. Umgebung: Die Gewährleistung einer stabilen Arbeitsumgebung ist von entscheidender Bedeutung, um Schwankungen der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit zu minimieren, die sich auf die Maschinenleistung auswirken könnten.

 

Bekämpfung thermischer Schwankungen für die Wiederholbarkeit von CNC-Maschinen

 

Die Gewährleistung einer optimalen dynamischen Genauigkeit und die Wahrung der Maschinenintegrität sind für die Aufrechterhaltung einer konsistenten Komponentenproduktion von grundlegender Bedeutung. Ebenso wichtig ist jedoch die Erzielung einer zuverlässigen Wiederholgenauigkeit, insbesondere während der Aufwärmphasen der Maschine.

 

Die thermischen Schwankungen beweglicher Komponenten, insbesondere der Spindel- und Führungssysteme, stellen ein erhebliches Hindernis für die Aufrechterhaltung der Wiederholgenauigkeit dar. Wenn sich diese Teile erwärmen, dehnen sie sich aus, und wenn sie abkühlen, ziehen sie sich zusammen. Diese inhärenten thermischen Schwankungen stellen die Aufrechterhaltung der Größenkonsistenz auf kritischen Oberflächen mit engen Toleranzen vor Herausforderungen.

 

Um dieses Problem anzugehen, wenden Maschinenbauer verschiedene Strategien an, um thermische Veränderungen in Maschinenkomponenten abzuschwächen. Dazu gehören die Implementierung von Kühlmechanismen für die Spindel- und Führungssysteme sowie die Integration von Designtechniken, um die Auswirkungen thermischer Schwankungen auf die Wiederholbarkeit zu minimieren. In CNC-Drehzentren beispielsweise stellt die Positionierung des Spindelstocks senkrecht zum Bett sicher, dass nur die Höhe der Schneidwerkzeugkante von thermischen Veränderungen beeinflusst wird, wodurch Schwankungen im bearbeiteten Durchmesser minimiert werden.

 

Bei der Investition in eine neue CNC-Maschine ist es wichtig, sich über den Ansatz des Herstellers zum Umgang mit thermischen Schwankungen zu informieren. Darüber hinaus muss unbedingt sichergestellt werden, dass Abweichungen der bearbeiteten Oberflächen aufgrund der Wärmeausdehnung während des Aufwärmens innerhalb akzeptabler Toleranzen bleiben. Andernfalls kann es zu Produktivitätseinbußen kommen, wenn die Maschine eine Aufwärmphase benötigt, bevor sie mit der Produktion beginnt.

 

Darüber hinaus ist es wichtig zu erkennen, dass erhebliche Herausforderungen bei der Wiederholgenauigkeit eher aus der spezifischen Anwendung der Maschine als aus ihrem Design resultieren können. Schwankungen während der Produktionsläufe oder zwischen Auftragszyklen können die Wiederholbarkeit erheblich beeinträchtigen, was möglicherweise zu Materialverschwendung führt und zeitaufwändige Anpassungen erfordert.

 

Beispiele für Variationen in der CNC-Bearbeitung

 

Während eines Produktionslaufs können verschiedene Faktoren zu Abweichungen führen, darunter:

 

- Werkzeugverschleiß: Im Laufe der Zeit können sich die Schneidkanten verschlechtern, was zu Veränderungen der bearbeiteten Oberflächen führt. Außenflächen können sich ausdehnen, während Innenflächen sich zusammenziehen können.

 

- Ersatz stumpfer Werkzeuge: Beim Austausch stumpfer Schneidwerkzeuge ist die präzise Ausrichtung der neuen Schneidkanten entscheidend, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten.

 

Von einer Jobausführung zur nächsten gibt es unter anderem folgende Variationen:

 

- Einrichtung der Werkstückhalterung: Die Platzierung und Ausrichtung der Werkstückhaltevorrichtung, die Spannstelle und -kraft sowie die Zuweisung des Programmnullpunkts können die Stabilität des Werkstücks beeinflussen.

 

- Schneidwerkzeugmontage, Messung und Versatzeingabe: Variationen bei Komponenten und Baugruppen können sich auf die Steifigkeit auswirken und zu potenziellen Bearbeitungsproblemen führen.

 

- Maschinenzustand: Abweichungen aufgrund von Missgeschicken oder vernachlässigter Wartung können selbst bei zuvor erfolgreichen Aufträgen zu Größenproblemen führen.