Geometrische nauwkeurigheid

(1)

Geometrische nauwkeurigheid

Citation for published version (APA):

Bos, K. S. (1972). Geometrische nauwkeurigheid. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0292). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1972

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

(2)

~

technisc:he h ...

sc:hoeI eindhoven

lai.oratori"m voor mechonilche technologie en werkplaatstechnlek

---~ rapport van de sectle: WT

titel:

GEOMETRISCHE NAUWKEURXGHEID

auteur(s):

K.S. BOS

sect;el.ider:

hoogleraar: A. C • H • van de r WOLF som.nvotting

De geometrische nauwkeurigheid van het gereedschaps-werktuig is evenals biJv. de slijtage en de ceometrie van het gereedechapt van invloed op de aa.wke.righeid

- in algemene zin- van het te vervaardigen product. De geometrische nauwkeurigheid van een gereedschaps-werktuig hangt behalve van de geometrische nauwkeuri@ heid van de componenten waaruit het is op.ebouwd~ oo~

af van een aantal functionele effectea zoals;

~---~--- vervormingen t.g.v. gewicht van het

we

rks tuk , - vervormingen t.g.v. het spannen,

- thermisohe effectea,

- dynamisohe fouten in verplaatsingssystemen enz. In het klassieke idee van geometrisohe nauwkeurig-heid, zoals dit is ontwikkeld door Schlesinger en Salmon ontbreken deze functionele efrecten. Bij vol-ledig handbediende gereea;c~ip8wer~tuliii-kan men de invloed van deze. funotionale effecten ook gemakkelij~

elimineren. Numerleke-6i.tuiing·van-iereedechapswerk-tuigen vraagt echter . . een zo breed mogelijke defin1 tie van het begrip geo •• trische aa.-k ••

rtlbet4o

In deel A wordt de geometrische nauwkeurigheid ...an gereedschapswerktuigen volgens het kla8sieke idee van Schlesinger behandeld.

In deel B wordt de invloed van enkela functionele erfecten op de geometrieche nauwkeurigbeid van geread schapswerktuigen behandeld.

----.---~

bIz. van tIIz.

rapport nr. 0292 coderln,: M

8

trefwoord: aontal biz.

40

gesehikt voor publieotie in:

(3)

' }

- ;1_

-A. Gl~OMl~THISCHE NAUWKBUHIGHEl.D VAN Gl~~1U~1";DSCHAPSWh:HKTUIG1~N

VOLGENS HET KLASSIl£KE IDEE VAN SCHLESINGER

De geometrische nauwkeurigheid van een gereedschapswerktuig is van invloed op de nauwkeurigheid van het te vervaardigen produkt. In de loop der jaren zijn er verschillende normen opgesteld voor de nauwkeurigheid van gereedschapswerktuigen. De bekendste zijn weI de ttSchlesinger normen" die in zeer veel industrieen in bijna aIle landen gehanteerd worden. Deze normen zijn door Schlesinger in een normboekje vast-gelegd in de vorm van een aantal tes·tkaarten, waarop aange-geven staat hoe de test uitgevoerd moet worden en hoe groot de toleranties mogen zijn. Deze normen werden voor het eerst in 1927 gepubliceerd en zijn sindsdien niet wezenlijk gewij-zigd. Het testboekje, waarin deze normen staan, dient ener-zijds voor de fabrikant als richtsnoer voor de fabrikage van een gereedschapswerktuig, vooral bij de montage, en anderzijds bij de afname en revisie van een gereedschapswerktuig.

Bij de fabrikage wordt dikwijls ook gebruik gemaakt van andere normen, b.v. die van Salmon. Hierbij worden uitsluitendmetingen verricht aan het werkstuk en aan de hand hiervan worden zono-dig verbeteringen aangebracht aan het gereedschapswerktuig. De nauwkeurigheidstest volgens Schlesinger bestaat uit twee delen:

1. een fabrikagenauwkeurigheidstest 2. een bewerkingsnauwkeurigheidstest

De fabrikagenauwkeurigheid van een machine is de nauwkeurig-heid in gemonteerde staat, dus in gebruiksklare toestand. Ze wordt gemeten aan een stilstaande onbelaste machine, meestal na opwarmen.

De fabrikagenauwkeurigheidstest is weI de belangrijkste, maar het is zeer gewenst dat beide testen uitgevoerd worden.

(4)

:3

-De bewerkingsnauwkeurigheid hangt, behalve van de machine zelf, ook nog van andere faktoren af, zoals:

- gereedschap en toe stand van het gereedschap - de doorn voor het gereedschap (bij frezen) - snijsnelheid, aanzet, spaandoorsnede

- werkstukmateriaal

- stijfheid van het werkstuk - opspanning van het werkstuk

- bekwaamheid van degene, die de machine bedient.

Op een testkaart staat in het kort aangegeven, welke nauw-keurigheidstesten uitgevoerd moeten worden (toegelicht met een figuur) en de toleranties.

Een machine wordt in gebruiksklare toestand getest. Een de-montage vindt bij de afnametest niet plaats.

(5)

4

-Meetgereedschap

Het meest gebruikte testinstrument is de testdoorn

I

m6

~

,Ij"//.h- ./// //////

• _~

-

-~

t ')r~///. ' / z / / / / / / / .

Fig. A.I Holle proe£doorn met morsekege1

Er bestaan voorname1ijk twee uitvoeringsvormen:

1. testdoorn met cy1indrisch meetgedee1te en conische schacht 2. vo11edig cy1indrische testdoorn, welke tussen twee centers

ingespannen kan worden.

De meet1engte varieert van 100 tot 500 mm. De diameter moet zo gekozen worden, dat de doorbuiging t.g.v. het eigengewicht te verwaar10zen is o£ er moet met de doorbuiging rekening ge-houden worden. Eventuee1 kan een ho11e doorn gebruikt worden. Verder gee£t Schlesinger nog een aanta1 eisen, waaraan een testdoorn moet voldoen.

Voor het meten wordt o.a. gebruik gemaakt van het meetk10kje met een onderverde1ing in 0.01 mm en vaak met een nog £ijne-re onderverde1ing. Ook nauwkeurigheden en gevoe1igheden van 1inealen, b10khaken en waterpassen worden in het testboek van Schlesinger voorgeschreven.

(6)

5

-Het meten van rechtlijnigheid

De rechtlijnigheid van ta~el- resp. supportbewegingen over grote lengte wordt meestal gemeten m.b.v. een meetdraad en microscoop (~ig. A.2)

•

Fig. A.2 Meten van rechtlijnigheid met meetdraad en microscoop

Door een prismatisch systeem kan de draad zowel horizontaal als verticaal bekeken worden. De draad moet zo uitgericht worden, dat de uitslag aan het begin en het einde gelijk is. Met de doorbuiging wordt bij hoogtemetingen rekening gehou-den. De meetdraad moet exact in het verlengde van de hoo~d

spil vallen en mag geen knik vertonen. De dikte van de draad wordt klein gekozen, meestal 0.1 mm~ Tri11ingen van de draad moeten tegengegaan worden. Zo kunnen bedlengten to 20 m ge-meten worden.

De rechtlijnigheid kan ook met een lange horizonta1e lineaal gemeten worden, waarbij ook weer de uitslag van een meetklokje aan beide uiteinden ge1ijk is (fig A.3)

. ~ ~ .

l

I

LJ

,1

LJ ~

()

I I ~ ~

-

&

...

h

n

-~

-~ ~

-I I ~ ~

(7)

6

-To1eranties

Op testkaarten worden de to1eranties op drie manieren aange-geven:

1. a1s

±

to1eranties, b.v.

±

0.02 / 1000 mm, d.w.z. maximaa1 0.02 mm naar iedere kant op een afstand van 1 m ; de tota-1e fout kan dus maximaa1 0.04 mm bedragen.

2. a1s to1erantie zonder teken, b.v. 0.03 mm; het doet er niet toe naar welke kant de fout optreedt; men heeft di-rekt de tota1e fout.

3. a1s eenzijdige to1erantie, b.v. 0 tot 0.02 op 300 mm; naar welke kant de fout mag optreden staat verme1d op de test-kaart.

Inde1ing van de meethand1eiding

A. Fabrikagehand1eiding van de machine I Opste11en en uitrichten

II Kwa1iteitstest van ge1eidingen en op1egv1akken

III Nauwkeurigheidstest van de hoofdspi1 a1smede het samen-werken met a11e be1angrijke bewerkingsorganen.

B. Bewerkingsnauwkeurigheid van werkstukken

c.

Energieverbruik

A.I Voor het uitrichten van een machine worden waterpassen ge-bruikt zoa1s ze he1aas nog niet in e1ke werkp1aats te vinden zijn. Er zijn twee vormen: de horizonta1e waterpas en de raamwaterpas. De gevoe1igheid van de waterpas moet aangepast worden aan het gereedschapswerktuig. Voor het meten van

lange ge1eidingen wordt gebruik gemaakt van een meetdraad en microscoop.

(8)

7

-Voorbeeld: uitrichten van een draaibankbed (fig A.4)

a

d

Fig. A.4 Uitrichten van draaibankbed

Gedurende de meting bevindt de slede zich in het midden van het bed.

uitrichten in langsrichting:

een waterpas met sohaalwaarde 0.02 / 1000, hetgeen betekent dat een uitslag van 1 deelstreepje oorrespondeert met een afwijking van 0.04 mm op 1

m.,

wordt op de aohterste gelei-ding geplaatst. Op de achterste, omdat deze meestal vlak is en niet zoals de voorste opzettelijk bole De waterpas wordt op de plaatsen a en b gezet en afgelezen. Hierbij moeten de steunpunten onder de voeten worden ingesteld.

- uitrichten in dwarsrichting:

meestal wordt tegelijkertijd de situatie in dwarsrichting ge-meten met een tweede waterpas en hulpbrug op de plaatsen

c en d. Een

±

tolerantie is niet toegestaan, omdat de slede dan nooit goed zal kunnen aanliggen.

Hiermede liggen de vier hoeken van het bed in het horizontale vlak vast. De kwaliteit van het bed moet nu nog getest worden.

(zie II)

A.II In lengterichting moet het bed reoht zijn. Tot een lengte van J m van het bed gebruikt men een waterpas (fig A.5)

(9)

8 -b ~

-====--

/

r

--

~

--

...

--\

\

~ slede

--a _c

Fig. A.5 Meten van de rechtheid van het bed

Ret bed wordt door verschuiven van de waterpas langs be ide geleidingen (a en b) om de 300 mm gecontroleerd. Ook de vlak-heid van de dwarsgeleiding (c) wordt gecontroleerd. De tole-ranties zijn:

voor a: 0 tot 0.02 op 1000 mm (alleen bol) voor b: 0.02 / 1000 mm

voor c: + 0.02 o£ - 0.02 / 1000 mm

Bij machines met een bedlengte,groter dan

3

m, wordt de recht-lijnigheid gecontroleerd met een meetdraad en kijker o£ door vergelijken met een lange horizontale lineaal.

AJII Ret onderzoek van de hoo£dspil in samenwerking met belangrijke onderdelen omvat in ieder geval:

1. het ronddraaien van a. een kegel

b. de binnenkegel van de hoo£dspil

c. een aanwezige centreercylinder resp. uitw. kegel 2. de axiale verschuiving

J.

in de lijn liggen

4.

de paralleliteit van de hoo£dspil t.o.v. geleidingen

(10)

9

-JGen voorbeeld van A.III

4.

De paralleliteit van een horizontale freesmachine. Hoe de evenwijdigheid van de freesas t.o.v. de tafel getest wordt, volgt uit fig. A.6.

Gemeten wordt van punt A naar B. Lengte meetdoorn 300 mm.

Fig. A.6 Meten van paralleliteit van freesas t.o.v. tafel

De tafel mag alleen naar voren toe stijgend zijn. Tolerantie: 0 tot 0.02 op 300 mm

Evenwijdigheid van de dwarsbeweging van de tafel t.o.v. de freesas in horizontale (fig. A.7a) en verticale (fig.A.7b) richting:

Fig. A.7 Meten van paralleliteit van dwarsbeweging tafel t.o.v. freesas

(11)

- 10

-'roll'rantie voor de horizonl..ale riehtlnr;: O.O:! / 300 lIun

Tolerantie voor de verticale richting:0.02 op 300 mm De tafel staat in de lengterichting in het midden. Lengte meetdoorn 300 mm.

B. Bewerkingsnauwkeurigheid van een machine.

De voorschriften voor de bewerkingsnauwkeurigheid van werk-stukken liggen nog niet zo definitief vast als die van de f>abrikagenauwkeurigheid van de machine. De fabrikant is vrij om het gunstigste gereedschap en werkstuk te kiezen om binnen de aangegeven toleranties te blijven.

Voorbeeld: cylindrisch draaien tussen centers werkstukafme-tingen: diameter ongeveer 1/8 van de lengte

lengte afdraaien: half tot helemaal gereedschap: normaal snijgereedschap

tolerantie: 0.02 mm op een diameter van 300 mm.

Op de volgende bladzijde staat een voorbeeld van een ingevulde testkaart. zoals ze door de fabriek met de machine meegeleverd worden. De testbladen op de daaropvolgende bladzijden worden gebruikt door de C T D op de T. H.

(12)

t

!

"

1 I

o z "

•

i

_.,.

& I: "D 01 !:i !! E ~

•

"

• "

i

_..

:> c:

OK 621.941 _{11 -}

_{DEUTSCHE NORMEN}

2. Ausg. Juli 1941

Fritz Kern K. G. Abnahme-Bedingungen fur Werkzeugmaschinen - \

W.rkzeugma.chlnenfabrik

W erkzeug mach e r- D reh

ba

n ke

DIN

Lirrach (Baden) (h8here Genavigkeiten fur Drehb<:inke bis 500mm Drehdvrdtmeuer

8605

uber Bett und 1500mm Drehlonge)

Type _DS ;~O AT Empfanger Tacl'll i '~che Hocilo.;chll Le- E 1 nr_!'_{nve'1-H"l 1 and}

---~---,.---.~----~----~ -.. -- ---- - -

~---Fabr. Nr. ')"; q e; Auftr. Nr. 2 10 _'1 Tag ".1().()1 Abnehmer Baumann

Nr Gegenstand Blld MeBgerite Zulbsige Gemessene MeBanleltung derMessung Abweichung Abweichung

Ausrichten Was.erwaage a) vordere Bettlchlttten alii Bettmltte. der Maschlne Skalenwert FOhrungl- _al_{Wasserwaage auf vordere} a) In Ung.- 0,03 bla bahn 0,01 (hlntere) Fuhrungsbahn

ab-rlchtung

A' 8'0 0,05 mm/m O,02mm/m wechselnd auf SteUen A und

b) In Ouer· Zubehilr (MeB- hlntere 0,01 B (A' und S') letzen. richtung

~LJJJ

klotze. MeB- FOhrungs· _{Vordere Fiihrungsbahn nur}

1 brOcke '\I$w.) bahn _n,Ol _{nach oben gewOlbt,}hlnter~

der Art der ~O.Olmm/m _{Filhrungsbahn nach ohen} FOhrung 't'O,02mm/m _{gewOlbt ( .... ) oder hohl}_('f) ent.prechend b) ± 0,02 mm/m

b) Gielchzellig Ousrlage des

Bettes mil Wasserwaage ab. wechselnd an SteUen C und

o prillen.

GeradUnlgkel! zyllndrlscher 0,011300 mm MeBdorn zwischen Spltzen;

der

Belt-~l

I

MeBdorn zur 0,006 MeBuhr aut Bettschlltten;

Test-8chllttenbewe- Aufnehme sllft In der Waegerechtebene gllng In der ~. -

-

- - -KIII'-..If zwischen SpIt- am Mef3dorn. BettschUtten

2 Weagerecht- _.:!r- zen, 300 mm Illngs MeBdorn verschleben, ebene

~

_~

lang dabel Anzelge der MeBuhr

ab-~ MeBuhr lesen.

'

-Fluchlen der zyUndrlscher 0,01 mm MeBdom zwischen Spltzsn; belden KOrner- MeBdorn zur Mef3uhr auf Setlschlltten; T ast-spluen In der

~

8 Aufnahme 0,02 atlft oben am MeBdorn; An-Senkrecht- zwllchen Splt- lelge der MeBuhr bel A ablesen;

I ebene , .... 1=:. zen,300mm Bettschlltten verschleben.

An-";q

IIIng , lelge der MeBuhr bel B ablesen.

3

----

_MeBuhr Vcr der Messung muB dIe

Ar-]

beitasplndel etwa 2 Stunden mit hllchster Orehzahl gelllUlen seln, so daO das Hauptlager

be-trlebswarm 1st.

Reitstockspltze (8) darf nur hOher IIegenl

Rundlauf des MeBdorn mit Stellung A: MeOdorn 1m Splndelkegel; An-Innenkegels

Q=

'-til''=' kegellgemAuf- 0,01 mm stellen der MeL'lllhr an den Um-der Arbelt8. nahmeschait _{Stell':mg B:} _0,_OO'~ fang des MeBdom.:

Arbelts-spIndel

~-

V _{spindel drehen, dabet Anzelge}

4 - - - - I und zyllndrt- 0.02 mm

8 8chem, 300 mm langem MaB- 0,012 der MeBuhr abies en. Mesaung bel A, dann bel B. teU

MeBuhr

Parallelltlt MeBdorn mit a) 0,011300 mm MeBdorn 1m Splndelkegel; Me6-der Arbeltll- kegellgem _{Auf- b) 0,011300 mm} uhr auf Bettachlltten; Taatstlft

spindel lUI _a nahmeschaft O,IH)'; am MeBdorn.

Bettschlltten-~ .-+Bettschlltten-~

und zyUndrl- MeBdorn In MlttelsteUung dee

bewegung

lTI

schem,300mm 0,01 Rundlaulfehlets brlngen. Bett. a) In der Senko . _ , langem MeO- schlitten tAngs des MeOdomll rechtebene

Ud"

tell um MeBIAnge v"rschleben,

da-b) In der

.l,

b MeBuhr bel Anlelge der MeBuhr ab.

5 Waage- lesen. Vor der Messung muB rechtebene _I dIe Arbeltsspindel etwa 2

Slun-den mit Mchsler Orehzahl

ge-~

laufen seln, so daO das

Haupt-~ lager betrlebswarm lsi.

a) MeOdorn lum frelen Ende

I

..

r

hln nUf stelgend

b) MeOdom lum freten Ende hln nur oach vorn (Bed Ie-nungsselle) gerichtet . Rundlauf des

.

~

Felntssler 0.005 mm Anatellen des Falnla.ters an

Zentrletzylin-(l,\)('>1 den Umfang des Zentrlerzylln-ders der Ar- _{ders der Arbeltssplndel. Ar.}

6 beltsspindel _{beltsspindel drehen, dabe'} An-zelge des Felntssters ablesen.

FochnormenousschuB Werkzeugmoschinen im Deutschen NormenausschuB (DN~ Seite Fortset%ung 2 und -J

..

(13)

CENTRALE TECHNISCHE DIENST Fabrikaat : - - - " ""-"-- -12-Datum: Controle: __________________________ __ Houw.IRRl' :

CO;-":TIWLE DHAAIBANK VOLGENS SCHLESINGEH TOT CENTERHOOGTE 400 MM Gegenstand der Messung Pig. zulliss. Peh!. Gemeten _fout Opmerkingen

Bett:

Bett gcr1lde in Langsrlchtung; Riider~ la Obis 0.02 plattenselte (nul' nach cben gewolbt) auf

1000 nun

D':~\lL gegenuherliegende Seite Ib 0.02/

(nur nach unten hohl) 1000 nun

R.:tt ehen in Querrichtung Ic

+

0.02 oder

(~ V I.·rwindung un:ulassig) _- _0.02/ 1000 nun

Grradlinigkcit dl'r Supportfiihrungen ₂ _0.02/ (nul' liir Maschinen uber 3 m Dreh- 1000 nun

idnge: Ml'~sung crfolgt mit Messdraht und Mikroskop oder Jangem Lineal)

Rdtsteckfuhrunq parallel %ur Bett- 3 0.02/

~chlittenbrwrgung 1000 mm Arbeitsspindrl:

Kornrrspit:e auf Rundlauf

..

0.01 mm Zentrirr:ylinder auf Rundlauf 5 Om mm Arreitsspindrl auf axial schiebende Be- 6 Om mm

\\,c\lun9 (Gcs1Imlfchler an 2 um 180· "C'fsetzten Stl~lIen gcmessen)

Kegel del' Arbeitsspindel auf Schlag: 7

an der Spindelnase gemessen om mm 11m 300 mm langen Dorn 0.03 nun

Arbcitsspindel parallel zum Belt In der 8a Obis 0.Q2 Senkrcchtcbene (nach dem freien Ende auf des Derns nur steigend) 300 nun

Desgl. in der Waagerechtebene (das 8b Obis 0.Q2 freie Ende des Dorns nur zur Stahl- auf

druckseite gerichtet) 300 nun

Schlitten:

Obersupporlbcwegung parallel zur Ar- 9 beitssplnde) bel Arheitsbewegung von

Hand In der Senkrechtebene 0.03/150 nun

bel selbsttatigem Vorschuh:

In senkrcchter Ebene 0.03/300 mm

In waagerechter Ehene 0.02/300 mm Reltstock:

Pinole parallel zum Bett in der Senk- lOa

o

his 0.D2 rechtebene (vern nur stelgend) auf 100 mm Desg\. in der Waagerechtebene (vorn lOb Obis 0,01

nur zur Stahldruckscite gerichtet) auf 100 mm Kegel der Pinole parallel zum Bett in II. Obis 0.D3

der Senkrechtebene (nach dem freien auf 300 mm Endc dC's Dorns nur steigend)

Desg!. in der Waagcrechtebene (das lib Obis 0.D2 [reie Ende des Dorns nur zur Stahl- auf 300 mm druckseite gerichtct)

Arbeitsachse (Dom ZWischen Spitzen) 12

parallel :tum Bett In der Senkrecht. Obis ebene (am Reitstock nur hoch) 0.02 mm

Leitsplndel:

Steigungsgenaulgkeit der Leitspindel ± 0.03/

wlrd zugesi chert 300 nun

Leitspindel auf axial schlebende Be- II

(14)

13

-Gcgenstand der Messung

Leitspindellager f1uchten miteinander 1 ia 0.1 mm (Lagerachsen parallel zur

Bettfuh-rung) in der Senkrechtebene (Messung erfolgt in den Stellungen II und III)

Oesgl. in der Waagerechtebene 14b 0.1 mm

Leitspindellager fluchten mit dem Mut- 14a 0.15 mm

ter~chloss in der Senkrechtebene

(Mcssung crfolgt bei gcschlossencm Leitspindelschloss. Support auf Bett-mitte stchend. mit der fvil:ssung I als Ausgangsmcssung)

Oesgl. in der Waagerechte-bene lib O.IS mm

Genauigkcitsleistung cler arbeitenden Maschine: Bank dreht rund

Bank drcht zylindrisch: fliegend

zwischen Spitzen

auf 1000 mm Je

om

mm Zuschlag

hiS 0.05 mm max. Bank dreht plan (nur hohl)

Schneidet Gewinde: Stelgungsfehler

15 0,01 rom 0.02/200 mm 0,02/300 rom Obis 0,02 auf 300 mm 0 ± 0.02/ SOmm Lange Opmerkingen

(15)

14 -Prii/an/(}illlng fOr

Drehbank{}

11, 12, 1J

fig.

2

Fig. t

]

_Fig._'I

_.J

_J

_Fig.₇

---- --~.~

Fig 8 Fig. 9

fig.

to

...

- -. ~ ,~.

Fig.1Jd:::==~

Fi$'1J

(16)

-15-B. INVL01.W VAN FUNCTIONELE EFF'ECTEN OP DE GEOMETRISCHE NAu\i-KEUHIGHEID VAN GEHE1:WSCHAPS\-JERKTUIGEN

De geometrisch nauwkeurigheid van gereedschapswerktuigen hangt niet aIleen af van de geometrische nauwkeurigheid van de componenten, waaruit het is opgebouwd, maar ook van een aantal functionele effecten, zoals:

- vervormingen t.g.v. het gewicht van het werkstuk - vervormingen t.g.v. spannen

- thermische effecten

- vervormingen t.g.v. snijkracht

- dynamische fouten in het verplaatsingssysteem enz.

In de geometrische nauwkeurigheidstesten volgens Schlesinger is met deze functionele effecten nog nauwelijks rekening ge-houden (b.v. weI met het bol zijn van de voorste geleiding van een draaibank). Uit de volgende voorbeelden zal blijken dat deze effecten beslist niet te verwaarlozen zijn. Bij handbediende gereedschapswerktuigen wordt door de man, die de machine bedient, getracht de invloed van deze effecten zo goed mogelijk te elimineren. Bij numeriek bestuurde (Nu Be) gereedschapswerktuigen kan dit niet of komt men althans te laat voor het elimineren van een ongewenst effect.

(17)

16

-Vervormingen t.g.v. het gewicht van het werkstuk

De machine en de fundatie worden niet aIleen belast door het gewicht van de de1en van de machine, maar ook door het gewicht van het werkstuk (b.v. een werkstuk dat tussen k1auwplaat en losse kop is ingespannen). Gedurende de be-werking zu1len deze krachten veranderen en dientengevo1ge ook de vervormingen die hier het gevo1g van zijn. In de volgende voorbeelden worden volledigheidshalve ook de vormingen t.g.v. de1en van de machine meegenomen. Deze ver-vormingen zitten dus weI in de geometrisch nauwkeurigheids-testen volgens Schlesinger, maar ze zijn dikwijls op eenvou-dige wijze te verminderen

-

r - -

,...-I

J

I

--~!oz _~

---

--

_'2;

_~ _~5 I

T

~

(a) (b)

I l

r -

_I

_10:

\ _L _..J I 1,-- T v""'--(c) (d)

figuur B.l Vervormingen t.g.v. gewicht bij verschillende gereedschapswerktuigen

\

(18)

17

-In ~ig. B.la wordt de vervorming t.g.v. het gewicht van de

vaste kop van een horizontale freesmachine weergegeven. De dwarsrail buigt in het vertikale vlak en wel het meest wan-neer de vaste kop in het midden staat. Bovendien treedt er torsie van de dwarsrail OPe Het gevolg is dat de bewerking

niet het gewenste resultaat gee~t. Gewoonlijk krijgen de geleidingen zo'n vorm, dat de vervormingen tegeng~gaan wor-den. Maar het is zeer moeilijk om dit, zowel voor het uit-buigen als voor de torsie, te bewerkstelligen.

Met twee vasta koppen op de dwarsrail wordt de situatie wat meer gecompliceerd (~ig. B.lb). Voor een test zullen een aan-tal posities geselecteerd moeten worden.

Fig. B.lc laat een dergelijke situatie zien voor een schaa~-,

slijp- o~ ~reesmachine met een kolom.

Fig. B.ld gee~t een voorbeeld van de vervorming van de ta~el.

Ook het onderbed zal vervormen. De vervormingen zijn niet al-leen a~hankelijk van het gewicht van de ta~el en het werkstuk, maar ook van de positie van de tafel.

- in de eerste plaats moet er voor gezorgd worden dat de ver-schillende delen van de machine stij~ genoeg geconstrueerd worden. De stij~heid van delen van een machine ligt in de orde van grootte van 5.10

7

N/m.

- compensatie door het niet recht maken van de geleidingen. Deze methode is vaak beperkt in zijn toepassing.

- aanbrengen van een contragewicht. Dit is echter meer van be-lang voor de ondersteuning van het bewegende mechanisme.

(19)

- 18 -contra-gt1 vaste kop contra-gew. dwarsrail dwarsrail (a) (b) (c)

Figuur B.2 Elimineren van vervormingen t.g.v. gewicht

Fig. B.2a laat de balancering van de vaste kop zien. Boven op de dwarsrail wordt een rail bevestigd, waarlangs een slede kan bewegen, waarop een hefboom is aangebracht. Aan de ene kant van de hefboom hangt de vaste kop en aan de andere kant een instelbaar contragewicht.

Dit is slechts een gedeeltelijke oplossing, die aIleen de torsie elimineert.

Ook de dwarsrail zelf kan gebalanceerd worden via een katrol (fig. B.2b)

Voor de freesmachine in fig. B.2c is een hydraulische cylinder aangebracht ter ondersteuning van de taf'el en het we rkstuk. - een andere methode is het opmeten van de vereiste positie

en de eventuele afwijking te corrigeren (ook automatisch). Fig. B.3 laat zien wat de invIoed kan zijn van enkele simpele veranderingen aan een horizontale boormachine.

(20)

1 on st r15jAm/m

,..----'"

19

-10,;«m/m

...--~

I

I o

I

« I I'~

'.. I

'1.1 .. I--' I

I

'I'

1"\

r,

~ 0 I

'

\ -4 I .. I,.' 150 I 100

I

•

~. ,~,j

I

T~

....,

r

....,

r

(a) (b) "1"\ I' 1"\

".'

\. 1.1 I' 1'\' \

"'

17 .. 7 20 20

I

~

r

~

der- __

~

euning

~

1/ 1/

~

~l

r

_~

~

(c) (d)

Figuur B.3 Vervormingen t.g.v. het gewicht van een werkstuk zonder en met toegevoegde ondersteuningen

(vervormingen in;Km).

11

(21)

- 20

-j"1 p;. B.)a en B.)b .lat<.:n z.j I:ll dat (~r een aanzien.lijkf~ ver-plaatsing optreedt wanneer de tafel links (a) en rechts (b) over het bed hangt. Door nu verschuifbare ondersteuningen aan te brengen, fig. B.Jc en B.Jd, wordt de situatie

aan-zienlijk verbeterd: de vertikale verplaatsingen zijn prak-tisch nul en de horizontale verplaatsingen zijn verminderd

(22)

-

21-Vervormingen t.g.v. spannen

Het vastzetten van bewegende de1en van de machine kan on-toe1aatbare vervormingen veroorzaken. De SCh1esinger-testen worden vaak uitgevoerd met niet-vastgezette de1en. Dit gee~t

een verkeerd bee1d. Daarom moet de test zo uitgevoerd worden a1s overeenkomt met de werke1ijkheid.

Er is nog een ander prob1eem n.1. dat een bewegend dee1 een verp1aatsing kan ondergaan door het herhaa1d vastzetten en loszetten van dat bewegende dee1, zonder dat er aan de

schroefspi1 gedraaid wordt. In fig. B.4 is een diagram weer-gegeven van de posities van de vaste kop van een horizonta1e boormachine, waarbij de vaste kop achtereenvo1gens vastgezet (streep1ijnen) en losgezet (vol getrokken 1ijnen) is. Zonder dat er aan de schroefspi1 gedraaid werd, verp1aatste de vaste

kop 80~m.

60

50

40

30 20 10

o

86

~

- - - -

86

-r-- _ _ _ _ 161=... ___ :::-::::-::--""-"=--,11,,8

-

---12 i - _ l'c 8 S'!-

---l

---

_---="',5"

-- - :=.:0 2.,3

-+

Figuur B.4 Verp1aatsingen t.g.v. vast- en loszetten van de vaste kop van een horizonta1e boormachine.

(23)

- 22

-Het volgende voorbeeld laat zien dat een goed ontwerp van het spanmechanisme mogelijk is.

Fig. B.5 geeft de rechtlijnigheidstest van de sledebeweging

too.v. de hoofdspil.

• ...

\

600

\

-

-) I

g

I

Fig. B.5 Rechtlijnigheidstest van de sledebeweging van een horizontale boormachine

Fig. B.6 laat de vervormingen zien t.g.v. vastzetten van de vaste kop. De streeplijnen geven de oorspronkelijke toe-stand aan en de vol getrokken lijnen de toe toe-stand na verbe-tering van het spanmechanisme ( hoe het verbeterd spanmecha-nisme er dan uitziet, is helaas niet bekend). Vertikaal werd er toen geen verplaatsing geconstateerd en horizontaal een nagenoeg parallele verplaatsing van

3;«m.

(24)

23

-vertikaa1

-

---if --

--. - - 10

-;'''Im

-200 400 horizontaa1

3)"m

--

-

=-:::---

_{_}

-=--7

)Am 9 ' '

-Figuur B.6 Verp1aatsing van de hoo~dspil van een boormachine t.g.v. spannen.

(25)

24 -Thermische e~~ecten

Thermische vervormingen kunnen vele malen groter zijn dan de specifieke tolerantie van een gereedschapswerktuig. Thermische effecten kunnen als voIgt geklassificeerd wor-den:

1 • eLLec ~~ t en t .g.v. een t empera uur, an ers t d dan 20°C

2. e~~ecten t.g.v. temperatuursverandering van de omgeving

3.

ef~ecten t.g.v. temperatuursgradient

Sinds 1931 is 20°C een internationale standaard temperatuur voor metingen. Het gevolg van een temperatuur, anders dan 20°C is,dat er verschil in uitzetting ontstaat en verschillen-de temperatuurgradienten ontstaan binnenin een voorwerp.

Ook het niet s)(Illlletrisch zijn en een niet uniforme verdeling van Massa en oppervlak van een onderdeel van een gereedschaps-werktuig heeft invloed op de uitzetting en temperatuurgradient. Om thermische stabiliteitseisen bij benadering te kunnen vast-leggen en om testprocedures te kunnen vinden, moeten we aan de volgende punten denken:

1. de warmteverdeling van een

2. onderdeel welke een ongewenste vervorming vertoont t.g.v. de aanwezigheid van warmtebronnen en de

3.

inschakelduur

Het beinvloede onderdeel in gereedschapswerktuigen is dat onderdeel welke de relatieve positie van het werkstukopper-vlak t.o.v. de snijkant van het gereedschap bepaalt.Zowel het beinvloede onderdeel als het warmtebronpatroon veranderen voortdurend gedurende een bepaalde inschakelduur en de inscha-kelduur is a~hankelijk van het proces.

Warrr;tebronnen

WarmtebronneD,die een machine beinvloeden, worden in het alge-meen verdeeld in twee groepen: interne warmtebronnen, die het gevolg zijn van de beslissing van de ontwerper en externe

warmtebronne~,welke afhankelijk zijn van de omgeving, waarin

(26)

- 25

-Inwendige warmtebronnen. worden verdeeld in subgroepen zoals: assen, hydraulische systemen, smering, geleidingen,

schroef-spillen, elektro-motor, snijproces en koelsysteem. Minder gemakkelijk te vermijden zijn warmtebronnen als de assen van de tandwielkast, geleidingen, schroefspillen en

smeer-systeem omdat deze in directe verbinding staan met het ge-voelige onderdeel van iedere machine. Alleen vermindering van de hoeveelheid ontwikkelde warmte kan hier helpen. Voor de andere warmtebronnen zijn ook andere mogelijkheden zoals isolatie, afvoeren van warmte, fysische scheiding door niet-geleidend materiaal of op afstand brengen.

Het aandrijfsysteem geeft meestal de grootste thermische af-wijking. Warmtebronnen in het aandrijfsysteem zijn: aslagers, versnellingsbak, koppeling en rem. Deze warmtebronnen

veroor-zaken een relatieve beweging van de assen t.o.v. de rest van het machineframe. Fig. B.7 geeft een voorbeeld van de axiale verlenging van de hoofdspil van een draaibank t.o.v. het ge-reedschap na 2.5 uur draaien.

150 E

"

125

----200 400 elling: 0.08 ~m/omw/min

effect van constante warmtebronnen

600 ~ _ _ _ ... hoofdspilsnelheid omw/min Figuur B.7 Axiale verplaatsing van de hoofdspil van een

(27)

aangp urach t om de warme luch t VuH df~ maeh.ine \>leg te voeren, kunnen soms aanleiding geven tot aanzienlijk0 thermische fouten.

Bij het snijproces wordt een gedeelte van de energie omge-zet in warmte. Deze warmte komt voor het grootste deel in de spaan terecht. Wordt er gekoeld met een koelmiddel, dan komt de warmte over de machine met als gevolg een ernstige bron van thermische vervorming. Het is niet eenvoudig om de machine hier tegen te beschermen. Dikwijls is de enige oplossing het schei-den in ruw voordraaien en fijn nadraaien. Bij vele automati-sche of half-automatiautomati-sche draaibanken, waarbij ruw-en fijn-draaien achter elkaar worden uitgevoerd, is deze methode niet mogelijk.

Uitwendige warmtebronnen kunnen verdeeld worden in omgevings-lucht, elektrische verlichting,zonlicht, verwarming, mens en en andere machines. De ontwerper moet vermelden welke voorziening-en er getroffvoorziening-en moetvoorziening-en wordvoorziening-en i.v.m. externe invloedvoorziening-en. Bijvoor-beeld continu elektrisch licht van

eeh

bepaalde kant, geen zonlicht, geen ramen, geen verwarmers of andere machines in de directe omgeving, afschermen enz. Deze maatregelen zijn goedkoop en eenvoudig uit te voeren. Hen regelen van de omge-vingslucht brengt wel kosten met zich mee (verwarming, koeling, ventilatie, vochtigheidsregeling).

gen voorbeeld van een onderzoek van een vertikale kopieerdraai-bank:

De draaibank stond in een ruimte, waarin airconditioning, ver-warming en koeling was aangebracht. Op een bepaald moment gaf een test het volgende resultaat (fig.B.8). In de test werd de temperatuurschommeling en de relatieve beweging van de beitel-houder t.o.v. een schijf gemeten gedurende 24 uur.

(28)

o o • 25 24

ff

23 (l) .p U} f,,1 j::i -r{ ;,. 22 (L' ~') f: o 21 20 - 27 -70.---~---_,

60

verp1aatsing 50 omgevingstemp. -20~ ____ ~~ ____ ~ ______ ~~,-__ ~ ______ ~ ______ ~

o

4

8 12

16

_{___}_2--t1~_{.. t i}_j_{d 24}UllP

Figuur B.8 Omgevingstemperatuur en gereedschapwerkstuk-ver-p1aatsing van kopieerdraaibank

De temperatuurschomme1ing bedroeg

4

D

c

en de daarmee corres-ponderende verplaatsing was

75;um.

Een onderzoek wees uit dat de airconditioning slecht functioneerde door slecht onderhoud en doordat de thermostaten verkeerd ingesteld waren. Bovendien waren de thermostaten dicht bij een luchtafzuiginstallatie van een andere machine geplaatst, waardoor de plotselinge tempera-tuurvallen te verk1aren zijn. Nadat dit verbeterd was, toonde een nieuwe test aan dat de temperatuurschomme1ing nog maar ~C bedroeg en de verp1aatsing 20;«mper 24 uur. Een nog grotere

verbetering werd verkregen door een beter airconditioning-systeem. Andere warmte-elementen, maar voora1 hogere luchtsnelheden wer-den toegepast. Het gevolg was een temperatuurschommeling van 0.25° C en een verplaatsing van 2.

₅

,tm per dag.

Het is nu niet juist om voor een identieke machine dezelfde ruimte en omstandigheden aan te beve1en als zijnde het beste.

(29)

- 28

-Dat is geen verantwoorde techniek. Men moet de proporties van de ruimte aanpassen aan de vereiste machinenauwkeurigheid. Br is dan ook behoeft aan standaardprocedures over wat goede om-standigheden zijn.

In de Amerikaanse industrie is men op het ogenblik druk bezig met het opstellen van een norm wat betreft de omgevingstempe-ratuur. Een voorontwerp bestond uit twee subnormen:

1. standaardprocedure voor het opstellen van een specificatie-ontwerp voor een kunstmatige omgev.ing.

2. samenstellen van procedures voor het aanvaarden van test-systemen.

De standaardbeschrijving van een omgeving is aIleen maar een l i j s t van eigenschappen, die alsvolgt gespecificeerd moet wor-den:

- type koelmiddel

- hoeveelheid koelmiddel

- de gemiddelde te controleren temperatuur

- grootte en frequentie van afwijkingen van de gemiddelde tempe-ratuur

- temperatuurgradient

Er worden geen waarden gegeven, maar het helpt de ontwerper be-slissingen te nemen voor speciale gevallen.

Methoden om thermische fouten te verminderen

---Verschillende methoden worden gebruikt om de thermische fouten te verminderen. Ze kunnen ruwweg in zes groepen gerangschikt worden:

1. Machine laten warmdraaien tot er een evenwichtstoestand is bereikt.

2. Vermindering van de snelheid van warmte-ontwikkeling door het maken van een nieuw ontwerp of door het verwijderen van

(30)

29 -bepaalde warmtebronnen.

J.

De machine zo ontwerpen, dat deze ongevoe1ig is voor tem-peratuursverandering.

4.

Het constateren o~ het voorspellen van ongewenste de~orma

ties en het e~~ect automatisch corrigeren of compenseren.

5.

Stabilisatie van de temperatuur van machinedelen door koeling.

6.

Stabilisatie van de gehele omgevingstemperatuur van de ma-chine, snijgereedschap en het werkstuk.

De meest gebruikte methode om th~rmische ~outen te verminderen is het opwarmen van de machine voordat men met een bewerking begint. ISO R230 schrij~t ook voor dat een machine eerst opge-warmd moet worden in overeenstemming met de aanbevelingen van

de ~abrikantt voordat nauwkeurigheidstesten worden uitgevoerd.

De meeste machines hebben voortdurend varierende snelheden, waar-door een eerst opwarmen minder zinvol is. Sommige machines zijn met kunstmatige warmtebronnen uitgerust, waardoor het temperatuur-veld bij benadering constant gehouden kan worden. Een ontwerper zal eerst denken aan de mogelijkheden om de grootte van de warmte-ontwikkeling te beperken. Bijvoorbeeld:

nevelsmering i.p.v. vetsmering (vetsmering is beter dan 01ie-smering);

rollagers i.p.v. glijlagers lagere viscositeit van de olie

gebruik van Invar (kleine uitzettingscoe~~.) wanneer het om een o~ enkele elementen gaat (weI denken om bimetaal-e~~ect)

symmctrie van de machine

opmeten van de ongewenste beweging en deze daarna compenseren

a~voeren van de warmte (airconditioning, koeling); b.v.

water-mantels om assen.

Automatische temperatuurcontr01e is dikwijls een zeer kostbare aangelegenheid.

(31)

- 30

-Getest werd een horizontale boormachine. Schematisch is de machine en de plaats van de metertjes weergegeven in fig. B.9. L - Electronic level GH,GV - Horizontal and Vertical dial gauges S Structure carrying gauges H - Height of spindle above table

Figuur B.9 Thermische test voor een horizontale boormachine

Gemeten werden de relatieve verplaatsingen tussen tafel en hoofdspil op twee verschillende hoogten van de hoofdspil

bo-ven de tafel, n.l. Hi

=

250 mm en

H2

= 1000 mm en twee hoofd-spilsnelheden 730 en 1300 omw/min • Ook de schuinstelling van de kolom werd gemeten. De figuren B.10, B.ll en B.12 geven de resultaten. In fig. B.l] wordt het temperatuursverloop in de buitenring van het voorste hoofdspillager en de olie in de vaste kop weergegeven voor twee snelheden.

(32)

200 80 20 40

o

I I I - 31 -11 100 200 300 400 __________ . . ~ min.

Verpl. van hoof'd-spil mm/m horizontaal

---

vertikaal 0.4

IJ.

schuinstel-0.3

_{ling v.kolom} , 0.2 0.1 0

Figuur B.lO Thermische verplaatsingen met hoof'dspil 250 mm boven de taf'el en hoof'dspilsnelheid

3

omw/

7

0 min . 200 80 20 40

o

100 200 300

----~---

min. 400

Verpl. van hoof'dspil horizonaal

--- vertikaal

Figuur B.II Hoof'dspil 250 mm boven tafel, hoof'dspilsnelheid 1300 omw/

(33)

- 32

-200 ~ ______ ~ ______ ~ ______ . -____ ~

by.m)

140 ~----~----~~---r~~~

6

mn1

/m

Verpl. van hoofd-spil 80 ~~ __ ~ ______

-+ ____

~~

__

~~ 20 ~ __ ~~4-~~--~---+---~ 40~----~---~ ______ ~ ____ ~

o

100 200 300 400 - _ _ _ _ ... __ min. 0.4 0.3 0.2 0.1

o

horizontaal vertikaal schuinstelling van kolom

Figuur B.12 Hoofdspil 1000 mn1 boven tafel, hoofdspi1snelheid

1300 omw/ . ml.n 80

70

60

50

40 30 20 10

o

om~

l...--:::'-

--1300

--

,-h

~

,..-

,..

~30 omwj 1m; T'l

(//

/ ~

---~

r;;;.

.--,..

1//

p/

I~

V

100 _{_____________}200 300 ~ min.

-400 ____ in voorste lagers olie in vaste kop

Figuur B.13 Temperatuur van olie in vaste kop en voorste hoofdspillager

(34)

- 33

-Uit fig. B.13 blijkt dat de temperatuur van de olie en de la-gers bijna gelijk is in beide situaties. De olie wordt hoofd-zakelijk verwarmd door de versnellingsbak. Vandaar dat de temperatuur van de vaste kop min of meer uniform is. Dit re-sult'eert in een kleine hoekverdraaiing van de hoofdspil, tenmin-ste in het geval HI (hoofdspil 250 mm boven tafel), omdat dan de schuinstelling van de kolom een geringer effect heeft (fig. B.lO en B.ll : Ll - L2 is klein). Het grote verschil in Ll en L2 in horizontale richting voor de situatie H2 (hoofdspil

1000 mm boven tafel) werd blijkbaar veroorzaakt door niet aIleen de schuinstelling van de kolom, maar ook door t.orsie ~n de ko-10m (fig. B.12). In aIle situaties moet opgemerkt worden dat de horizontale verplaatsingen na ongeveer 200 minuten een maximum vertonen en daarna weer kleiner worden. Dit komt omdat eerst de hoofdspil en de vaste kop verwarmd worden, waardoor de hoofd-spil van de kolom afwijkt. Daarna wordt de kolom warmer en buigt de kolom weer naar de hoofdspil toe. Uit fig. B.13 is af te lezen dat de temperatuurstoename van de vaste kop bij 1300 omw/min bijna tweemaal zo groot is als bij 730 omw/min (50° C en 28D

C).

Ondanks da t is de vertikale verplaa tsing bij lagere snelheid groter. De test geeft hier geen verklaring voor. De vertikale verplaatsingen bij 1300 omw/min zijn voor de posi-ties HI' maar vooral H2 praktisch gelijk.

De horizontale verplaatsingen bij 1300 omw/min zijn voor de positie HI bij 1300 omw/min ongeveer twee maal zo groot als bij 730 omw/min • Voor de positie H2 is dit verschil niet zo groot vanwege het grotere negatieve effect van de beweging van de kolom.

Van deze machine wordt een positie nauwkeurigheid verwacht van 0.03 mm en een hoekverdraaiing van de hoofdspil, die kleiner is dan 7 bgsec (

=

0.034 / 100 mm).

De gemeten maximale verplaatsingen bereikten waarden tussen 0.15 en 0.20 mm, hetgeen 5 tot 7 maal groter is dan de toegesta-ne nauwkeurigheid. De hoekverdraaiing bleef in de meeste geval-len tussen de 3 en 12 bgsec. In het geval waarbij de vaste kop

(35)

III dl~ POM iLl" JJ:, / j Loud t b" "" ii, t,,, dtl 1101' .. 1 :.t.oll Laly JH;td(v(ll.'liru.t! j Hg eun waurde van 28 bgsec (= 0.1)6 / 10UU mm), wat

4

x zo groat is als de te verwachten waarde.

Opm. de oorspronkelijke hoekverdraaiing en verplaatsing worden als volkomen ideaal aangenomen. Het is duidelijk dat ther-mische fouten in werkelijkheid gecombineerd moe ten worden met de oorspronkelijke.

Een algemeen aanvaarde test moet praktisch en kort zijn. Ze kan nooit voorzien in aIle aspecten van de thermische fouten. Soms zullen voor een bepaalde machine aanvullende testen in-gevoerd moeten worden, welke in overeenstemming zijn met be-paalde eigenschappen van die machine.

Omgevingseffecten en het testen van het meetsysteem:

~lke test voor thermische effecten zou uit drie delen moeten

bestaan:

a. een test om de drift van het meetsysteem te meten b. een test voor omgevingseffecten

c. een test voor de effecten van de inwendige warmtebronnen van de machine

Een thermische drift test is een onderzoek naar de gevoeligheid van de testapparatuur en de machine op thermische omgevings-condities. De test bestaat uit het registreren van de grootste veranderingen, veroorzaakt door temperatuursverandering van de omgeving over een bepaalde periode. Gedurende de test moet de machine helemaal stilstaan om de uitwendige en inwendige

warm-tebronnen te scheiden. Ook een hysteresistest is wenselijk. Het is weI aan te bevelen om het meten van verplaatsingen auto-matisch te laten verlopen. Rekstrookjes zijn hiervoor zeer geschikt.

Een drifttest moet onder dezelfde condities verlopen en even-lang duren als het werkelijk proces. Dat betekent dat je af-hankelijk bent van de man, die de machine bedient.

(36)

35

-In deze test zijn de drie vorige testen vereenigd.

Men mag aannemen dat de eerste twee verwaar100sbaar zijn in ver-ge1ijking met de 1aatste.

De thermische inschake1duurtest omvat dat deel van de geometri-sche nauwkeurigheidstest wat behande1t de nauwkeurigheid van referentiedelen, zoals tafe1s en de nauwkeurigheid van lineaire bewegingen, hoofdzakelijk paral1eliteit en haaksheid van bewe-gingen t.o.v. e1kaar en t.o,v. referentiedelen, zoals assen. Verder controleert de test verplaatsingen tussen gereedschap en werkstuk.

De test voor thermische effecten kan op twee manieren uitgevoerd worden:

1. de directe test, welke bestaat uit het maken van een serie bepaalde werkstukken onder bepaalde snijcondities en het achtereenvo1gens opmeten van die werkstukken of

2. de indirecte test, welke bestaat uit geometrische nauwkeurig-heidsmetingen gedurende een bepaalde inschakelduur, waarbij de machine onbelast draait.

De tweede test is de gemakkelijkste en de resu1taten zijn voor een groter gebied van verschi11ende werkstukvormen te interpre-teren, maar een be1angrijke warmtebron wordt hierbij uitgesloten, n.l. die van het snijproces. Vooral wanneer er met de machine eerst een ruwe voorbewerking plaatsvindt en daarna een fijne nabewerking en er tevens een koe1middel gebruikt wordt, is

deze test Minder geschikt. B.v. slijpprocessen en tandwielfrezen. In andere gevallen, zoals wanneer spanen of k1eine hoeveelheden koe1middel vrij en direct afgevoerd kunnen worden, b.v. draai-banken met een vertikaal bed, geeft de tweede test een vrij goede indruk van de geometrische nauwkeurigheid.

Gebaseerd op het hier bovenstaande kunnen de vo1gende mogelijke soorten van thermische inschakelduurtesten ingevoerd worden:

(37)

36

-A. test, waarbij de machine onbelast draait

B. test, waarbij de machine volledig in werking is C. test, waarbij de machine gedeeltelijk in werking is D. test, waarbij de machine onbelast draait en volledig in

werking is

E. test, waarbij de machine onbelast draait met een simulatie van een in werking zijnde machine

F. test, waarbij de machine in werking is, gevolgd door een afioeling

Korte samenvatting van de testen:

A. Een test, waarbij de machine onbelast draait is te verkiezen wanneer aangenomen mag worden dat het thermische effect van het snijproces niet belangrijk is. Verplaatsingen worden ge-maten.

B. Een test, waarbij de machine volledig in werking is (speciaal bij slijpmachines), bestaat uit het produceren van representa-tieve partijen werkstukken en hiervan de afmetingen controleren. C. Bij de gemengde test wordt voor een machine een aantal, b.v.

6,

werkstukken van een bepaalde vorm en grootte gekozen. l-lerkstuk 1 wordt 's morgens aan het begin van de test bewerkt. Daarna

wordt de machine opgewarmd d.m.v. onbelast draaien gedurende een bepaalde tijd (b.v. 1 uur), waarbij dezelfde bewegingen worden uitgevoerd als bij het snijproces. Nu wordt werkstuk 2 bewerkt. Daarna wordt de machine verder opgewarmd door het maken van eenvoudige werkstukken (niet van het gekozen type)

gedurende 2 tot

3

uur. De bedoeling hiervan is voldoende warm-te warm-te ontwikkelen door het snijproces. Daarna worden de werk-stukken

3, 4

en S bewerkt. De machine laat men nu afioelen tot de volgende morgen, waarna werkstuk

6

gemaakt wordt.

zodoende "warme" en "koude" waarden bepalen: is een"koudelt waarde ; D2 en D3 + D4 + DS zijn

3

"warmen waarden. Tegelijkertijd worden de temperatuursveranderingen van de hoofdspil1agers geregistreerd.

Dit is een typische directe test, omdat de waarden gebaseerd zijn op het meten van werkstukken.

(38)

37

-D. Voor dure precisie machines met een groot aantal warmte-bronnen, b.v. numeriek bestuurde machines, is het aan te bevelen zowel test A als test C te doen. Test A geeft alge-mene geometrische gegevens, terwijl test C betrekking heeft op aIle warmtebronnen, speciaal het effect van het koelmiddel. E. Dit is een test met een kunstmatige warmtebron.

Een hydraulische motor wordt gebruikt als last voor de hoofd-spil van een freesmachine in de vorm van een rem. De belasting wordt ingesteld d.m.v. een smoorklep. De energie wordt omgezet in warmte, die geleid wordt naar dezelfde delen van de machine waar gewoonlijk het koelmiddel voor het snijproces opvalt. Dit type test zou als een algem.een aanvaarde test kunnen die-nen, vooropgesteld dat het goede vergelijkbare resultaten geeft met een directe test.

F. De afkoeltest bestaat uit het opwarmen van de machine door een juiste machine-cyclus en daarna wordt gedurende het afkoelen geometrische nauwkeurigheidsmetingen verricht. Deze omgekeerde wijze van testen hoeft beslist niet gelijk te zijn aan een

test, waarbij de machine steeds warmer wordt. Dit komt door de wisselwerking tussen de verschillende warmtebronnen. Dus de afkoelveranderingen zijn niet het omgekeerde van de op-warmveranderingen. Daarom kan deze methode niet algemeen aan-vaard worden.

Het kiezen van de inschakelduur

Energiebronnen kunnen bij benadering verdeeld worden in constante energiebronnen en variabele energiebronnen. De constante energie-bronnen worden goed vertegenwoordigd door het hydraulische systeem, waar bijna voortdurend verlies optreedt door een klep. De varia-bele energiebronnen zijn voornamelijk de asaandrijvingen. In dit laatste geval is het van geen essentieel belang of dit systeem onbelast dan weI belast draait. De karakteristieke hoofdvariabele is dan de hoofdspilsnelheid. De inschakelduur wordt voor een test, waarbij de machine onbelast draait, bepaald door de hoofdspilsnel-heid.

(39)

38

-tatier is voor de machine die getest wordt.

Voor een test, waarbij de machine onbe1ast draait, zijn er de vo1gende basistypen van verp1aatsing - tijdvariaties (rig. B.14):

n1

c

b n2 n3 a (a) t (b) t

(c)

t

S

t t

Figuur B. 14 Verschi11ende verp1aatsing - tijd diagrammen

In rig. B.14a hebben we te maken met een warmtebron, n.1. de hoordspi1sne1heid. We zien een toename van de verp1aatsing tot een evenwicht is bereikt ( n1

>

n2

>

n3). In :fig. B.14b wordt de machine na een bepaa1de tijd gestopt : curve a. Curve c kan bereikt worden door op de punten 1 en 2 de sne1heid te verhogen. Curve b kan bereikt worden door op punt 1 de sne1heid te vergro-ten en op punt 2 de sne1heid te verminderen.

Opm. de grariek B.14b geert niet vee1 meer in:formatie dan de gra:fiek B.14a, omdat het begin van een curve correspondeert met de eerste sne1heid en de eindsituatie met de eindsne1heid. In rig. B.14c wordt de situatie weergegeven wanneer de sne1heid intermitterend is. Iedere test is in :feite intermitterend vanwege het meten. Het zal a1leen nodig zijn om een karakteristieke mate van draaien en stilstaan te kiezen. De gra:fieken B.l4d en B.14e

(40)

- J9

-:-->amc'nvattend kan geconcludeer<i worden dat de j.n:::>chalu~lduur

eenvoudig moet zijn, waarbij de warmtebronnen in een af'zonder-lijke vorm optreden. Voor het hoof'dspilsysteem betekent dit dat er een snelheid gekozen wordt en de testcyclus bestaat uit het monotoon af'wisselend draaien en stilstaan. De snelheid wordt zo groot gekozen als gemiddeld overeenkomt met de snelheid, waarbij een gemiddeld werkstuk gemaakt wordt.

De duur van de test is in de regel

6

tot 8 uur, hetgeen ongeveer overeenkomt met een werkdag. Als een evenwichtstoestand eerder bereikt wordt dan kan de test be~indigd worden. Als grootste af'wijking wordt dan

b

max genomen.

Aanbevolen wordt om apart van de geometrische nauwkeurigheids-metingen ook de temperatuursverandering van karakteristieke

punten te meten, zoals een punt vlakbij de voorste hoofdspil-lagers, olie in de hydrauliscretank, koelmiddel. Men kan dan gaan vergelijken met vroegere en toekomstige testen van andere machines van hetzelfde model. Het is zelfs gebleken dat alleen

temperatuurmetingen dan voldoende waren om er achter te komen hoe groot ongeveer de verplaatsingen waren van eenzelfde soort machine.

(41)

40

-Literatuur

1. Schlesinger, G.

PrUfbuch fUr Werkzeugmaschinen Siebente Auflage

2. Salmon, P.

Machine - outils

reception, verification; 5 me ed. angm.

Paris, societe de Publication Mecaniques, 1965

3. Specifications and Tests of Metal Cutting Machine Tools Volume One and Two

Proceedings of the conference, 19th and 20th February 1970 The University of Manchester