“50 % mehr Präzision problemlos möglich”

Gerade bei der Bearbeitung von größeren Werkstücken musste bislang hoher Aufwand getrieben werden, um die geometrischen Fehler und Abweichungen von Werkzeugmaschinen auszugleichen. Mit der CNC-Funktionalität Volumetric Compensation System der 840D sl verspricht Uwe Häberer, erstmals sämtliche Geome-triefehler nur über die Steuerung zuverlässig und schnell zu kompensieren. Der Leiter Werkzeugmaschinen und Business Development für das Geschäftsgebiet Motion Control Systems von Siemens erklärt die Hintergründe.

Herr Häberer, Portalfräsmaschinen-Hersteller F.Zimmermann wird in Kürze die FZ100 mit 3-Achs-Fräskopf beim ersten Kunden in Betrieb nehmen. Nach deren Einschätzung ist erst diese 6-achsige Maschine in der Lage, als erste serielle Kinematik die integrierte VCS-Funktionalität der Sinumerik 840D sl richtig zu nutzen. Welche Maschinenkonfiguration sehen Sie als ideal an, damit VCS seine sämtlichen Vorteile ausspielen kann?

Das Volumetric Compensation System spielt seine Vorteile auch bereits bei einer kartesischen 3-Achsmaschine aus. So kompensiert VCS etwa bei der Schlichtbearbeitung mit einem Kugelfräser den Versatz der Kugelmitte entstanden durch die Geometriefehler der Linearachsen. Bei kartesischen 5-Achsmaschinen mit idealem Dreh-Schwenkkopf kompensiert VCS den Positionsfehler der Werkzeugspitze sowie den Orientierungsfehler des Werkzeugs welcher durch Roll,- Nick und Gierfehler der Linearachsen entsteht. Mit der 6-Achsmaschine hat Zimmermann natürlich die besten Möglichkeiten bei der Umgehung der Polproblematik und der Kompensation.

Braucht es dazu wirklich eine 6te Achse oder können Anwender die volumetrische Kompensation auch mit ein paar Tricks realisieren?

Die Volumetrische Kompensation funktioniert für 3- und 5-Achsmaschinen und bringt dem Anwender immer ein Verbesserungspotenzial sofern die Randbedingungen eingehalten werden. Das heißt, die Maschine muss möglichst steif und wiederholgenau sein, sowie lineares Verhalten zeigen. Der Einsatz von VCS sollte in einer klimatisierten Fertigung erfolgen um beste Ergebnisse zu erhalten. Klar bringt die 6-Achsmaschine beste Möglichkeiten für eine volle Kompensation aller Maschinenfehler – auch der Kopffehler – mit.

Welche Hardware ist zwingend nötig, um VCS nutzen zu können?

Es wird eine Sinumerik 840D sl benötigt. Die Steuerung Sinumerik 840D sl unterstützt teilweise sogar den Messvorgang für die 21 möglichen Fehler aktiv. Die Steuerung bietet neben der achsial wirkenden Spindelsteigungsfehlerkompensation auch die Cross-Error-Kompensation, welche achsübergreifend wirkt und individuell anwählbar ist. Mit VCS kann die Sinumerik 840D sl zusätzlich bei 3-Achsmaschinen den volumetrischen Positionsfehler des Werkzeugs kompensieren. Bei 5-Achsmaschinen gleicht VCS in Interaktion mit der Traori-Funktionalität zusätzlich den Orientierungsfehler des Werkzeugs aus. Vor der Inbetriebnahme der Steuerungsoption VCS werden alle 21 Geometriefehler der Linearachsen vermessen. Dies leisten beispielsweise Kalibrier-Dienstleister mit Hilfe von Laser-Messgeräten. Die dabei erstellten Fehlerkurven werden in eine VCS-Datei konvertiert und auf der Sinumerik 840D hinterlegt. Anwender bestimmter Messsysteme haben Tools zur Verfügung, welche die einzelnen Messkurven in das VCS-Dateiformat der Sinumerik-CNCs konvertieren.

Welches Messsystem ist dafür prädestiniert?

Wir arbeiten mit den Sinumerik-Solution-Partnern Renishaw, API, Etalon und AfM zusammen. Bei diesen Partnern gibt es die Möglichkeit die Kompensationsdatei für die Sinumerik 840D sl nach erfolgter Messung der Maschinenfehler quasi auf Knopfdruck zu erzeugen. Die Vermessung der 21 Geometriefehler ist natürlich auch mit gängigen Lasermessgeräten anderer Hersteller möglich. Hier sind wir offen.

Hauptvorteil des VCS ist das Herstellen der Maschinenpräzision auf Niveau des Auslieferungszustands. Mit dem 3-Achs-Fräskopf soll das binnen Stunden statt Wochen gehen. Wie funktioniert das im Detail? Und reichen da wirklich ein paar Stunden?

Nach unserer Erfahrung kann die Vermessung der Maschinenfehler der Linearachsen abhängig von der Maschinengröße innerhalb von 1 bis 2 Tagen sicher erfolgen. Unsere Partner haben das aber auch schon in 4 Stunden geschafft. Mit dem Sinumerik-Zyklus ‚Kinematik Vermessen’ können darüber hinaus die Fehler der Rundachsen mit einem Messtaster und einer Präzisionskugel effizient und innerhalb weniger Minuten vermessen werden.

Dann könnte der Formenbauer die Präzision quasi täglich aktualisieren?

Mit dem Zyklus ‚Kinematik Vermessen’ kann der Anwender nach Bedarf einen schnellen Check und eine Feinjustierung für die Rundachsen machen. An eine tägliche Aktualisierung der kompletten VCS-Kompensation denken unsere Kunden momentan nicht. Realistisch ist eine Aktualisierung alle 3 oder 6 Monate abhängig von den Randbedingungen und den Anforderungen. Aber auch wir machen uns Gedanken über den nächsten sinnvollen Schritt.

F.Zimmermann und auch der Erstanwender Kegelmann rechnen sich bei der FZ100 mit 3-Achs-Fräskopf bis zu 50% höhere Maschinenpräzision aus. Wie hoch, aber realistisch schätzen Sie das VCS-Potenzial für Werkzeugmaschinen ein?

Wenn die Randbedinungen eingehalten sind, das heißt, die Maschine steif und wiederholgenau ist und lineares Verhalten zeigt und in einer klimatisierten Fertigung betrieben wird: dann erreichen wird deutlich mehr als 50% Genauigkeitssteigerung. 50% Steigerung der Maschinenpräzision unter realen Randbedingungen sind auch aus unserer Sicht problemlos möglich.

Hat nur Siemens eine volumetrische Kompensation?

Ja! Siemens hat mit Sinumerik und dem Volumetric Compensation System ein echtes Alleinstellungsmerkmal. Mit VCS der Siemens-Steuerung Sinumerik 840D sl lassen sich erstmals sämtliche Geometriefehler einer Werkzeugmaschine nur über die Steuerung zuverlässig und schnell kompensieren. Für Maschinenhersteller und -betreiber bietet dies die Möglichkeit, allein über die Steuerungstechnik die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen. Dies spart mechanische Nachbearbeitung bei der Maschinenjustage, reduziert den Prüfaufwand und reduziert so Maschinenstillstandszeiten erheblich.

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