Michael Gebhardt

Thermally Caused Location Errors of Rotary Axes of 5-Axis Machine Tools

This paper presents the results of detailed thermal analysis of a 5-axis machine tool with focus on the rotaryaxes. The rotaryaxesare characterizedregarding their position and orientation errors as a function of the underlying thermal load, contributing significantly to the overall accuracy. A physical model is presented, which allows the simulation of the thermal behavior of the rotary axes based on the power input to the drives of the rotary axes and the heat conduction in a swiveling rotary table unit and convection into environment. This enables an external online-compensation of thermal errors. The compensation model is verified and validated.

Messung thermischer Einflüsse auf Werkzeugmaschinen zur steuerungsseitigen Fehlerkorrektur am Beispiel von Dreh-/Schwenkachsen

Zusammenfassung Thermische Einflüsse sind für bis zu 75% der geometrischen Fehler auf Werkstücken verantwortlich. Obwohl die Nachfrage für 5-achsige Werkzeugmaschinen immer weiter steigt, stehen bis jetzt die thermischen Einflüsse von Spindeln, Linearachsen und der Umgebungstemperatur im Mittelpunkt der Forschung. Dieser Beitrag beschreibt eine Prozedur zur Charakterisierung des thermischen Verhaltens von Dreh-/Schwenkachsen von 5-achsigen Werkzeugmaschinen. Infrarotkameraaufnahmen visualisieren die Änderungen des Temperaturfeldes in der Maschinenstruktur aufgrund ausgeführter Achsbewegungen. Messungen mit Thermoelementen liefern detaillierte Temperaturdaten und zeigen spezielle Phänomene, wie sie vor allem bei schnell drehenden Rundachsen auftreten. Verlagerungsmessungen mit dem Messsystem R-Test ermöglichen zusammen mit einer phänomenologischen Modellierung die Vorhersage des thermischen Verhaltens von Rundachsen, was zu einer Reduktion des thermischen Fehlers der Maschine und somit zu einer erhöhten Bearbeitungsgenauigkeit genutzt werden kann.