Badanie dokładności pozycjonowania osi obrotowych wieloosiowych obrabiarek CNC oraz błędów wolumetrycznych

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono metody i urządzenia pomiarowe oraz diagnostyczno - kalibracyjne osi obrotowych i błędów wolumetrycznych obrabiarek sterowanych numerycznie CNC. W szczególności omówiono takie systemy jak: AxiSet™ Check-Up, kalibrator osi obrotowych XR-20 oraz LaserTRACER i LaserTRACER-MT. Przedstawiono metody pomiaru osi obrotowych za pomocą zewnętrznych urządzeń pomiarowych, takich jak np. interferometr laserowy z przystawką do pomiarów osi obrotowych XR-20, jak również metody polegające na pomiarze wzorca za pomocą wewnątrzobrabiarkowych systemów pomiarowych (sond pomiarowych).

SŁOWA KLUCZOWE: 5 osiowa obrabiarka CNC, systemy diagnostyczne, kalibracja, AxiSet™ Check-Up, kalibrator osi obrotowych XR-20, LaserTRACER, LaserTRACER-MT, błędy obrabiarki CNC, współrzędne osi obrotowych, osie sterowane obrabiarek CNC.

ABSTRACT: The following paper presents methods and equipment for the measurement, monitoring and calibration of CNC machine tool rotary axis and volumetric errors. A detailed analysis of three measuring systems was conducted: AxiSet™ Check-Up, XR-20 rotary axis calibrator, LaserTRACER and LaserTRACER-MT. The paper presents rotary axis measurement with tools for conducting external measurements, e.g. the combination of XR20 and a laser interferometer, and methods consisting in master ball displacement evaluation.

KEYWORDS: CNC machine tools, diagnostics systems, calibration, AxiSet™ Check-Up, LaserTRACER, LaserTRACER-MT, Rotary Axis Calibrator XR20, errors of CNC machine tool, coordinates of the rotary axes, numerically controlled axis of CNC machine tools.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Bringmann B (2007) Improving Geometric Calibration Methods for Multi-axes Machining Centers by Examining Error Interdependencies Effects, 2/664. Fortschritt-Berichte VDI, Dusseldorf.
• Bringmann B, Knapp W(2006) Model-based ‘Chase-the-Ball’ Calibration of a 5-Axes Machining Center. Annals of the CIRP 55(1):531–534.
• Florussen G.H.J., Delbressine F.L.M., Molengraft M.J.G., Schellekens P.H.J. Assessing geometrical errors of multi-axis machines by three-dimensional length measurements. Measurement 2001; 30: 241–255.
• Ibaraki S., Iritani T., Matsushita T.: Error map construction for rotary axes on five-axis machine tools by on-the-machine measurement using a touch-trigger probe. International Journal of Machine Tools and Manufacture 2013; 68
• Ibaraki S., Irutani T., Matsushita T.: Calibration of location errors of rotary axes on five-axis machine tools by on-the-machine measurement using a touch-trigger probe. International Journal of Machine Tools & Manufacture 2012; 58: 44-53.
• Jastrzębski R., Krajewski, G.: Metody diagnostyki błędów precyzyjnych stołów obrotowych w obrabiarkach CNC, XIV Krajowa i V Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna “Metrologia w Technikach Wytwarzania”, Pułtusk 11-14 Września 2011 r.
• Józwik J., Kuric I. Non-contact diagnostic systems of CNC machine tools. Published by Scientific and Technical Society at the University of Zilina 2013.
• Józwik J., Kuric I., Grozav S., Ceclan V.: Calibration of 5 axis CNC machine tool with 3D quickSET measurement system Academic Journal of Manufacturing Engineering, ISSUE 1/2014, vol. 12.
• Józwik J., Pieśko P., Krajewski G.: Evaluation of QC10 Ballbar diagnostics method for CNC machine. Maintenance and Reliability 2010; 3(47): 10-20.
• Józwik, J., Krajewski, G., Jacniacka, E., Pieśko, P., Włodarczyk, M.: Prognozowanie dokładności obrabiarki CNC na podstawie szeregu czasowego. Cz. 1. Wybrane urządzenia diagnostyczne obrabiarek CNC. 10th International Conference „Automation in Production Planning and Manufacturing“ Zilina 4-6.05. 2009, Slovakia. Published by Scientific and Technical Society at the University of Zilina. 2009 r.
• Józwik, J., Kuric, I. Sága, M., Lonkwic, P.: Diagnostics of CNC Machine Tools in Manufacturing Process with Laser Interferometer Technology. Manufacturing Technology. ISSN 1213–2489, Vol. 14, No. 1, 2014, p. 23-30
• Majda P.: Pomiary i kompensacja błędów geometrycznych obrabiarek CNC. Inżynieria Maszyn 2011; 16 (1-2): 126-134.
• Majda P.: The influence of geometric errors compensation of a CNC machine tool on the accuracy of movement with circular interpolation. Advances in Manufacturing Science and Technology 2012; 36 (2): 59-67.
• Pahk H. J., Kim Y.S., Moon J.H.: A new technique for volumetric error assessment of CNC machine tools incorporating ball bar measurement and 3D volumetric error model. International Journal of Machine Tools and Manufacture 1997; 37(11): 1583–1596.
• PN-ISO 230-2:1999 Przepisy badania obrabiarek. Część 2: Wyznaczanie dokładności i powtarzalności pozycjonowania osi sterowanych numerycznie.
• PN-ISO 10791-4:2001 Warunki badania centrów obróbkowych. Część 4: Dokładność i powtarzalność pozycjonowania w osiach liniowych i obrotowych.
• PN-ISO 10791-5:2000 Warunki badania centrów obróbkowych. Część 5: Dokładność i powtarzalność pozycjonowania palet do mocowania przedmiotów obrabianych.
• Postlethwaite S.R., Ford D.G., Morton D.: Dynamic calibration of CNC machine tools. International Journal of Machine Tools and Manufacture 1997; 37 (3): 287-294.
• Sztendel S., Pislaru C., Longstaff A.P., Fletcher S., Myers A.Ł Five-Axis Machine Tool Condition Monitoring Using dSPACE Real-Time System: Journal of Physics: Conference Series 364, 25th International Congress on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering 2012.
• Turek P., Kwaśny W., Jędrzejewski J.Ł Zaawansowane metody identyfikacji błędów obrabiarek. Inżynieria Maszyn 2010; 5 (1-2): 8-37.
• Veldhuis S.C., Elbestawi M.A.: A Strategy for the Compensation of Errors in Five-Axis Machining. CIRP Annals - Manufacturing Technology 1995; 44(1): 373–377.
• Weikert S. R.: Test, a New Device of Accuracy Measurements on Five Axis Machine Tools, CIRP Annals 2004; 53: 1:429.
• Woźniak, A., Byszewski, M., Jankowski, M., Krajewski, G.: Spatial Characteristics of the Triggering Force of Touch Probes for CNC Machine Tools, 2nd International Conference on Virtual Machining Process Technology, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada, May 13-17, 2013.
• http://etalon-ag.com/ (z dn. 20/10/2014r.).
• http://www.renishaw.pl/pl/1030.aspx (z dn. 20/10/2014r.).

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.3.128