Maschinen im Preissegment zwischen 30.000 und 50.000E sind typischerweise nicht mit Wegmesssystemen ausgestattet. Auftretender Verschleiß kann nur durch kostenintensiven Tausch oder Überholung der betroffenen mechanischen Komponenten behoben werden. Durch Nachrüstung mit dem magnetischen Wegmesssystem GC-MKx gibt es eine preiswerte Lösung, um diese Abweichungen auszuschalten.
Genauigkeit von Maschinen
Die Genauigkeit einer Maschine wird hauptsächlich von zwei Faktoren bestimmt: Erstens von der Positioniergenauigkeit zum Erreichen einer absoluten Position. Zweitens von der Wiederholgenauigkeit, wenn eine bestimmte Position mehrfach angefahren werden soll. Die Positioniergenauigkeit hängt maßgeblich von den verwendeten Schrittmotoren und der Steigungsgenauigkeit (Spindelsteigungsfehler) der Vorschubspindel ab. Der Spindelsteigungsfehler entsteht sowohl bei der Herstellung der Spindeln durch Walzen oder Rollen, als auch durch Ausdehnung aufgrund von Temperaturänderungen. Die aus Kostengründen bei einfachen Maschinen oft verwendeten gerollten Kugelspindeln, können nach DIN69051 eine maximale Toleranz von ±0,09mm aufweisen. Treibt der Motor die Spindel über ein zwischengeschaltetes Getriebe an, multiplizieren sich die Toleranzen sogar. Auch die Präzision der Führung hat maßgeblich Anteil an der Genauigkeit der Maschine. Um die Genauigkeit zu verbessern, werden häufig Korrekturtabellen erstellt, die in der Steuerung hinterlegt werden. In diesen Tabellen werden die Abweichungen der Ist-Positionen von den Soll-Positionen der Achse an verschiedenen Stellen des Verfahrweges gespeichert. Während des Bearbeitungsvorganges wird dann der Vorschub gemäß der Tabelle fortwährend korrigiert. Die Wiederholgenauigkeit beschreibt dabei, wie präzise eine vorgegebene Bahn mehrfach hintereinander abgefahren werden kann. Beim Ausfräsen eines Langloches darf bei ansteigender Frästiefe der Rand keine Stufen aufweisen. Großen Einfluss auf die Wiederholgenauigkeit haben dabei die Lagerung der Spindel und das Umkehrspiel der Achsantriebe. Diese sogenannte Umkehrlose ist systembedingt und lässt sich nicht verhindern. Wäre kein Spiel zwischen Spindel und Spindelmutter vorhanden, ließe sich die Spindel nicht drehen. Durch den Einsatz eines magnetischen Messsystems aus der GC-MKx-Serie (Bild 1) lassen sich die genannten Probleme in den Griff bekommen. Die Drift wichtiger Maschinenparameter, hervorgerufen durch den Verschleiß der mechanischen Komponenten, wird durch das Messsystem überwacht. Abweichungen werden dann bei der Steuerung der Verfahrantriebe automatisch berücksichtigt. Die Genauigkeit der produzierten Werkstücke ist für lange Zeit gewährleistet und die Wartungsintervalle der Maschine sind dadurch deutlich verlängert.
Vorteile gegenüber optischen Systemen
Durch das berührungslose magnetische Messprinzip können die Systeme für hochdynamische Prozesse in der Antriebstechnik, wie z.B. an Werkzeugmaschinen, eingesetzt werden. Vorteile gegenüber teureren optischen Systemen ergeben sich hauptsächlich aus der Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung mit Ölen, Fetten oder Wasser, erheblich geringeren Kosten und der einfachen Montage des Systems. Das inkrementelle Messsystem setzt sich aus einem Sensorkopf und einem Magnetband-Maßkörper mit abwechselnd polarisierten Polen zusammen. Mit bis zu 2mm Abstand gleitet der Sensorkopf berührungslos über das Magnetband. Das System ermöglicht dabei, je nach Konfiguration, Auflösungen bis zu 0,5µm. Damit können, in Abhängigkeit der Genauigkeitsklasse des verwendeten magnetischen Maßstabs, absolute Genauigkeiten von ±10µm erreicht werden, während die erzielbare Wiederholgenauigkeit bei ±0,5µm liegt. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit beträgt dabei bis zu 25m/s. Ein patentierter Regelalgorithmus gewährleistet die Korrektur von Amplituden- und Offsetfehlern des Messkopfes.
Technische Details
In den Bildern 2 und 3 sind die Verfahrbewegungen einer Drehmaschine dargestellt. Deutlich sind sowohl der Spindelsteigungsfehler als auch das Umkehrspiel des Achsantriebs (mechanische Umkehrlose) zu erkennen. Durch Bestimmung der genauen Maschinenparameter lassen sich beide Fehler dauerhaft auf deutlich unter 10µm verringern. Hierzu werden die Soll-Positionen mit den gemessenen Ist-Positionen verglichen. Die daraus ermittelten Abweichungen werden dann in der Steuerung in einer Korrekturtabelle hinterlegt. Während des Bearbeitungsvorganges wird der Vorschub gemäß der Tabelle fortwährend korrigiert. Dem Anwender stehen pro Sensor zwei Schnittstellen zur Verfügung. Jeder Sensor verfügt neben der SPI-Schnittstelle entweder über eine standardisierte RS422-Schnittstelle oder einen Push-Pull-Ausgang, welcher die Rechtecksignale bereitgestellt. Die Möglichkeit, den Flankenabstand des Systems zu konfigurieren, macht es auch für langsamere Zählereinheiten nutzbar. Die Einbindung in Maschinensteuerungen wie z.B. von Siemens oder Fanuc ist daher problemlos möglich.
