15 10 Dhr Florussen
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

15 10 Dhr Florussen

on

  • 798 views

 

Statistics

Views

Total Views
798
Views on SlideShare
789
Embed Views
9

Actions

Likes
0
Downloads
3
Comments
0

3 Embeds 9

http://www.mikrocentrum.nl 5
http://www.slideshare.net 2
http://static.slidesharecdn.com 2

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

15 10 Dhr Florussen 15 10 Dhr Florussen Presentation Transcript

  • Meten van thermische drift van bewerkingsmachines Mikrocentrum 16 maart, Eindhoven Dr. ir. Guido Florussen IBS Precision Engineering bv, Esp 201, 5633 AD Eindhoven Tel : + 31 – (0)40 – 290 1270, Fax + 31-(0)40 – 290 1279, www.ibspe.com
  • Inhoud
    • Introductie “Thermisch gedrag”
    • Uitleg meetopstelling en meetprincipe
    • Typische voorbeeld metingen aan machines
    • Aandachtspunten / opmerkingen / tips
    • Conclusies
    • Vragen
  • Introductie
    • Waarom drift een bewerkingsmachine?
    •  L=  *L*  T (= thermo-mechanica: beschrijf  L)
    • c*  *V*  T = warmte in – warmte uit (= thermo-dynamica: beschrijf  T)
      • Materialen zetten uit (a ≠ 0)
      • Relatief grote uitzetlengten (L ≠ 0)
      • Relevante machine onderdelen (=structural loop van werkstuk t/m gereedschap) veranderen van temperatuur (  T ≠ 0)
      • Geleiding, convectie & straling (=warmte-transport)
    • Belangrijkste warmtebronnen:
      • Spindel!!
      • Haudraulische pompen, electronica/besturing, motoren (HSM = High Speed Machining!)
      • Snij proces (draaien, frezen, slijpen etc)
      • Omgeving (laboratorium of workshop condities)!!
  • Introductie
    • Wat is aan deze drift te doen?
    • Materialen met kleine thermische uitzetting toepassen (zerodur, invar)
    • Toepassen meetframe (om L ‘slim’ klein te maken)
    • Temperatuur conditioneren: machine en/of omgeving (kost veel energie)
    • Drift machine modelleren (= relatie tussen gemeten temperaturen en drift opstellen: zeer complex probleem)
      • Analytische modellen
      • Emperische modellen
      • Hybride modellen
    • Resultaat: gereedschap drift weg/verdraait terwijl machine opwarmd /
    • afkoeld (en deze drift is positie afhankelijk……!!)
    • Volgende stap: deze drift opmeten (meestal in midden werkbereik…..)
  • Meetopstelling
      • Doel: bepaal de verplaatsing en/of verdraaiing van de spindel (=kogel) t.o.v. de werkstuk tafel (=sensor) terwijl machine opwarmt.
      • Norm = ISO230-3 (“Determination of thermal effects”)
    • Typische test eigenschappen:
    • Capacitieve sensor
    • Masterkogel (e < 25 nm)
    • Duur meting
    • Maximale spindel snelheid of typische snelheid bij gebruik machine (of spectrum i.e. DIN8602)
  • Meetopstelling
      • 1) Alleen verplaatsing: X, Y, Z
      • 2) Verplaatsing & Verdraaiing: X, Y, Z, Rx, Ry.
    Setup 1 Setup 2
  • Meetopstelling: targets
      • Mogelijke Targets (eis = electrisch geleidend)
    100 200.000 3/8 inch Gauge pin3 1/8 inch 10 mm 20 mm 1 inch ½ inch 1 inch Diameter 100 300.000 Gauge pin4 75 100.000 Gauge pin2 75 80.000 Gauge pin1 50 6.000 Dual Ball 50 120.000 Single Ball 25 60.000 Master Ball Roundness error [nm] RPM maximum
  • Meetopstelling: probe nest
      • Probe nests = gevonkt precisie onderdeel: sensor gaten moeten elkaar
      • mooi snijden ipv kruisen (opdat alle sensoren naar de ‘kogel-evenaar kijken’)
    Klein (40 mm) Groot (3 inch = 76.2 mm separation distance for tilt) Materiaal: staal (i.e. nest zet hetzelfde uit als stalen werk stuk)
  • Meetopstelling: capacitieve sensor
    • Excitatie = 1 Mhz
    • Constante oppervlakte (A = constant)
    • Constant Gap Material (dwz lucht:  =  air )
    • Meet verandering luchtspleet “kogel-sensor”
    • Spot Size 130% of Sensor Size
  • Meet principe capacitief
    • Oscillating Electric Field
    • Senses Conductive Surface (i.e. all metals)
    • Capacitance is affected by: Area, Gap, Gap’s dielectric / material, Target geometry
      • Flat (factor = 1)
      • Cilinder (factor = 0.97)
      • Sphere (factor = 0.93)
    • Meet verandering in C  maat voor verplaatsing
    • Snel (15 kHz) en nauwkeurig (e < 3.5 nm)
    • Contactloos meten
  • Thermische drift metingen: RPM?
    • Machine opwarmen met draaiende spindel (i.e. voorgespannen lagers):
    • Constant toerental spindel (meestal maximum);
    • Spindle spectrum (als percentage van max. snelheid)
    • Iets anders…
    ISO230-3 DIN 8602
  • Warmtebronnen
    • Naast de spindel zijn er nog de volgende warmtebronnen:
    • Machine assen (i.e. linear drives, motor, kogelomloopmoer)
    • Hydraulische pompen/systemen
    • Tandwieloverbrengingen
    • Lagers
    • Electronica, besturing
    • Omgeving
    • Aanbevolen: test de machine zoals deze normaal wordt gebruikt.
    • Simuleer normaal gebruik zo goed mogelijk.
    • Voorbeeld 0: freesmachine bij 2500 RPM
  • Voorbeeld 0 (geen compensatie) Test: 60 min opwarmen met 2500 RPM dX= 8.3  m dY = 38.9  m dZ = 117  m!!
  • Voorbeeld 1 (met compensatie) Test: 30 min opwarmen, 10 min afkoelen
  • Voorbeeld 2 (goede compensatie) Test: snel (=35.000) – langzaam (2.000) – snel (35.000)
  • Voorbeeld 3 (gekoelde machine) Test: 10.000 RPM, zeer goed gecompenseerd (e < 4  m, dT < 1 K)
  • Voorbeeld 4 (de ‘smeerpuls’) Test: elke 15 minuten komt er een smeerpuls….
  • Voorbeeld 5 Test: beste machine ooit gemeten
  • Aandachtspunten 1) Shift versus RPM De spindel verplaatst als functie van het toerental. Lagers zijn i.h.a. voorgespannen: de aanspankracht neemt af bij toenemend toerental (centrifugaal krachten nemen nl. toe): dit kan een significante verplaatsing geven (welke niets met thermisch gedrag te maken heeft!). Deze verplaatsing is bijna altijd axiaal (i.p.v. radiaal).
  • Shift versus RPM measurements Machine 1: van 5.000 tot 42.000 RPM
  • Aandachtspunten
    • 2) Kogel moet goed schoon zijn & blijven.
    • 3) Sensor nest moet stabiel zijn; dus goed vastzetten.
    • 4) Ruis & trillingen:
      • Mechanisch (bijv. frame trilt, vloer niet stabiel, pomp
        • - Laag-frequent: f < 500 Hz)
      • Elektrisch (sensor pikt EMC straling op: aarding!
        • Hoog-frequent: f > 500 Hz, meestal 4, 5 kHz).
        • Keramische lagers, luchtlagers = aarden
    • Hoe weet je dit ?  FFT analyse gebruiken!
    • 5) Inductief ???
  • Keramische spindel (=aarding) Cilindrische pen (met spherisch kop) & slepende aarde kabel
  • Keramische spindel (=aarding) FFT signaal: zonder & met aardingskabel Foto “carbon-kwastje”. Dit is veel veiliger . Bedenk wat er gebeurt als de spil de draad vangt….
  • Meet opstelling 2
  • Mechanisch of Elektrisch?
  • Capacitive vs Inductive Inductief: wervelstromen lopen tot zo’n 0.1 – 0.3 mm diepte in de target. Capacitief: slechts enkele atoom lagen
  • Capacitive vs Inductive Een perfect ronde kogel geeft “electrical runout”. Deze runout wordt veroorzaakt door materiaal inhomogeniteiten.
  • Nawoord en Conclusies
    • Thermische compensatie vindt nu zijn toepassing in industrie!!!
    • Grootste drift meestal in axiale richting (de Z);
    • Spindel belangrijkste warmetebron, maar niet enige; Omgeving is ook
    • altijd belangrijk. (Klimaat-kamer of hal worden soms toegepast).
    • De gemeten drift varieert sterk:
      • actief gekoeld  enkele mu’s
      • spil-groei sensor (nog veel problemen)
      • geavanceerde compensaties  10-50  m
      • eenvoudige comp.  20 – 80  m
      • geen comp.  > 100  m;
    • Meet capacitief (en niet inductief ivm electrical runout);
    • Duurmeting (en niet “Shift versus RPM”)
    • Bouw een stabiele en schone meetopstelling
    • + & - tekens zijn cruciaal (bij compensatie): controleer dit!