Forschungsprojekt »Opti5AchS«

Opti5AchS – Messtechnische Methodik zur Optimierung der 5-Achs-Simultanbearbeitung

Projektlaufzeit: 1.3.2011 - 31.8.2013

Das übergeordnete Ziel des Projektvorhabens war es die mess- und steuerungstechnischen Möglichkeiten zur Optimierung der geometrischen Präzision von mehrachsigen Maschine dahingehend zur erweitern und zu optimieren, dass diese den Anforderungen fünfachsiger Werkzeugmaschinen angepasst werden, die Durchgängigkeit von messtechnischer Untersuchung und steuerungstechnischer Kompensation gesteigert und eine Durchführung der Optimierungsmaßnahmen zeitlich verkürzt werden kann. Hierzu wurden neben einer Anforderungsdefinition Arbeiten zur Weiterentwicklung und Kombination von Messverfahren durchgeführt sowie Lösungen zur Vereinfachung der steuerungstechnischen Kompensation für den Maschinenbediener realisiert. Die erarbeiteten Vorgehensweisen wurden abschließend praktisch validiert.

Im Rahmen der theoretischen Arbeiten zur Beschreibung der geometrischen und kinematischen Zusammenhänge der Präzision von mehrachsigen Werkzeugmaschinen wurde ein Modellierungsverfahren entwickelt, mit dem die mathematische Beschreibung der Gesamtgenauigkeit beliebiger fünfachsiger Werkzeugmaschinen möglich ist. Dieses Modellierungsverfahrens weist eine hohe Flexibilität auf und ist für die geometrisch-kinematische Beschreibung sämtlicher serieller Kinematiken nutzbar. Das Modellierungsverfahren ermöglicht zudem die Bewertung der Signifikanz einzelner Achsfehler und wurde in weiteren Arbeiten im Projekt, insbesondere zur Separierung gemessener Abweichungen, eingesetzt.

Vorgehensweise zur Potenzialanalyse

In den Arbeiten zur Weiterentwicklung und Kombination von Messverfahren wurden verschiedene neue Lösungen erarbeitet, die eine messtechnische Identifizierung der geometrischen Achsfehler einer Fünfachsmaschine zeitlich verkürzen. Zum einen wurden Lösungen zur vollständigen messtechnischen Fehleridentifikation in Abhängigkeit der Maschinengröße realisiert. Zum anderen wurden verfügbare Messmittel hinsichtlich ihrer Funktionalität und damit ihrer Einsatzmöglichkeiten erweitert. Die im Projekt entwickelten und erweiterten Verfahren basieren auf am Markt verfügbaren und in der Praxis etablierten Messmitteln.

Neben den direkt im Projekt realisierten Lösungen wurde auf Basis von Ergebnissen aus diesem Projekt ein neues Projektvorhaben zur vollständigen Automatisierung der messtechnischen Kalibrierung von Fünfachsmaschinen gemeinsam mit einem Messmittelhersteller erfolgreich beantragt. Zudem wurden Ansätze für ein weiteres Projektvorhaben geschaffen, das durch die Forschungsgemeinschaft Ultrapräzisionstechnik eigenfinanziert wurde.

Einsatz unterschiedlicher Messmittel

Zur Durchführung der steuerungstechnischen Kompensation wurden ein Leitfaden sowie eine prototypische Software erstellt. Beide Maßnahmen erleichtern dem Maschinenbediener die korrekte Vorgehensweise sowie die Verwertung der Messergebnisse zum Zweck der Präzisionssteigerung. Der Leitfaden unterstützt die Vorgehensweise im Hinblick auf die technisch richtige Reihenfolge bei der Durchführung einzelner, aufeinanderfolgender Kompensationsmaßnahmen. Die prototypische Software bietet eine einfache und standardisierte Möglichkeit zum Transfer von Messergebnissen in Form von Kompensationsdaten in die Maschinensteuerung, insbesondere von den neu geschaffenen Lösungen zur Identifizierung der Achsfehler und ergänzt verfügbare Lösungen von Messmittelherstellern.

Zum Transfer der Projektergebnisse wurden verschiedenste Transferformen zahlreich genutzt. Neben wissenschaftlichen Veröffentlichungen der Projektergebnisse auf nationaler und internationaler Ebene wurden bereits schon während der Projektlaufzeit Teilergebnisse innerhalb von weiterführenden bilateralen Kooperationsprojekten zwischen dem Fraunhofer IPT und verschiedenen kleineren und mittleren Unternehmen erfolgreich in die Wirtschaft transferiert. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse im Rahmen der Mitgliederversammlungen der beantragenden Forschungsgemeinschaft regelmäßig gegenüber KMU vorgestellt und diskutiert sowie in weiteren, öffentlich zugänglichen Veranstaltungen im Rahmen von Fachvorträgen oder Beiträgen in Fachbüchern veröffentlicht. Weitere Transfermaßnahmen über die Projektlaufzeit hinaus sind bereits geplant und befinden sich zum Teil bereits in der Umsetzung.

Das IGF-Vorhaben 17032 N / 1 der Forschungsvereinigung Forschungsgemeinschaft Ultrapräzisionstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.