Präzision und Wiederholgenauigkeit

Hallo Mechatroniker!

Willkommen zu einer neuen Ausgabe des SINADRIVES-Blogs mit dem Thema: Maschinengenauigkeit und Wiederholgenauigkeit.

Februar 2021

Jeder kennt die Begriffe: Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Ohne sie wäre die moderne Welt nicht denkbar. Ohne sie würde keine Maschine reibungslos funktionieren und positionieren.

Was bedeutet die Maschinengenauigkeit? Wann wenden wir sie an? Was ist die exakte Bedeutung jedes einzelnen Begriffs? Unsere heutige Ausgabe wird sich mit diesem Thema befassen.

Wie Sie wissen bezieht sich alles auf die Anwendung der Begrifflichkeiten in der Welt des Maschinenbaus. Wir werden diese Begriffe in Bezug auf die Mechanik und die Mechatronik behandeln. Das Blickfeld liegt auf der Bewegung und Positionierung eines Objekts im Raum.

Maschinen Präzision:

Die Maschinengenauigkeit zeigt die Nähe verschiedener Messungen zueinander, welche bei verschiedenen Messungen unter gleichen Bedingungen das gleiche Ergebnis liefern.

In der Welt der Maschinen kann sich der Begriff Genauigkeit auf verschiedene Themen beziehen, wie zum Beispiel:

– Messgenauigkeit: Die Erfassung eines beliebigen physikalischen Wertes, einer Länge, einer Temperatur usw.

-Positionier-, Bewegungs- und Verzögerungsgenauigkeit eines Objekts mit spezifizierter Präzision

-Geometrische oder Oberflächenpräzision wie Ebenheit, Geradheit oder Parallelität

Wir werden uns auf die Positionierungsgenauigkeit konzentrieren.

Das ist der Fall, wenn wir sicherstellen wollen dass sich ein bewegliches Objekt (Schlitten) mit einer bestimmten Genauigkeit im Raum positioniert.

Beispiel Positioniergenauigkeit

Im folgenden Beispiel bewegt sich ein Schlitten, der in einer linearen Achse einer Schneidmaschine verbaut ist, von links nach rechts:(Zeichnung 1 und Zeichnung 2). Wir beginnen die Bewegung in der Position 0 auf der linken Seite und beenden sie in der Position 2 auf der rechten Seite. Die Wegstrecke beträgt 2000,00 mm. Der Schlitten hat 2000,00 mm zurückgelegt. Wenn wir eine Messung mit einem hochpräzisen Gerät, wie bspw. einem Laserinterferometer, durchführen, werden wir feststellen, dass der Schlitten fast nie exakt auf der Position 2000,00 mm steht.

Maschinengenauigkeit

Position 0

Zeichnung 1

Maschinengenauigkeit

Position 2000,00mm

Zeichnung 2

Messungsbeispiel Maschinengenauigkeit Fall 1:

Es werden 4 Messungen erstellt:

1999,97 mm, 2000,02 mm, 1999,99 mm und 2000,01 mm.

Wenn wir die Werte wählen, die am weitesten von der gewünschten Position, also 1999,97 und 2000,02, entfernt sind, können wir sagen, dass die Fehlertoleranz zwischen -0,03 und +0,02 mm liegt. Das ist die erhaltene Positioniergenauigkeit.

Messungsbeispiel Maschinengenauigkeit Fall 2 :

Es werden 4 Messungen erstellt:

1999,90 mm, 2000,24 mm, 1999,83 mm und 2000,12 mm.

Wenn wir wieder die Werte wählen, die am weitesten von der gewünschten Position, also 1999,83 und 2000,24, entfernt sind, können wir sagen, dass die Fehlertoleranz zwischen -0,17 und +0,24 mm liegt.

Die Genauigkeit bei Fall 1 von -0,03 und +0,02 mm ist besser als die Genauigkeit wie bei

Fall 2 von -0,17 und +0,24 mm. Wenn wir die Genauigkeit unserer Maschine im Fall 1 angeben möchten, können wir sagen, dass die Schnittgenauigkeit in der Länge von 2000 mm zwischen -0,03 und +0,02 mm liegt.


Fall 1

Fall 2

Die erforderliche Positioniergenauigkeit hängt von der Anwendung, dem Maschinentyp etc. ab. Die Gründe für etwaige Fehler können sehr unterschiedlich sein: Messsystemfehler, geometrische Fehler, mechanische Fehler oder Übertragungsfehler etc. Sie können nicht nur einmalig auftreten, sondern sich auch addieren. Abhängig sein können sie sowohl von der Umgebungstemperatur als auch von der Länge. Die in der für die Position 1000mm ermittelten Werte können völlig unterschiedlich sein und können sogar höher als die Werte der in Position 2000mm.

Eine Positioniergenauigkeit von +/- 0,2 mm kann im Bereich einer Holzmaschine als sehr hoch angesehen werden, für eine Werkzeugmaschine ist sie das allerdings jedoch sehr gering und oft sogar unzureichend.

Wann brauchen wir hohe Genauigkeit?

Beispiele von Maschinen die eine hohe Genauigkeitsanforderung haben:

1. Herstellung von Einzelteilen oder Baugruppen

Wenn unsere Maschine Teile für Baugruppen fertigt, bei denen mehrere Teile miteinander interagieren, wie z. B. ein Getriebe eines Autos, bei dem die Ritzel mittels Lagern auf einer Welle montiert sind. Bei der Herstellung des Ritzels muss die Genauigkeit der Außenzähne und des Innengehäuses des Lagers von hoher Genauigkeit sein

2. 2D- und 3D-Drucker.

Beim Drucken in mehreren Durchgängen muss der Druckkopf mehrere Punkte verbinden und sehr genau positioniert werden. Andernfalls würde das Druckbild verzerrt.

3. Herstellung von Messelementen

Herstellung von mechanischen Bauteilen aller Art, die zur Herstellung von Messwerkzeugen wie Tischen, Bremssätteln, Mikrometern usw. Dies ist der anspruchsvollste Fall von allen.

In der Regel wird eine Maschine mit einer Genauigkeit von X erhalten, wenn alle Komponenten dieser Maschine eine Genauigkeit von X / 10 haben. Die Summe der Fehler aller Teile der Genauigkeit X / 10 ergibt eine Maschinengenauigkeit von X. Wenn wir beispielsweise einen Profilschneider mit einer Genauigkeit von +/- 1 mm erhalten möchten, müssen wir ein System von halber Messung mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 mm. Hier ist anzumerken, dass dies eine allgemeine Regel ist und je nach Maschinentyp variiert.

Maschinen Wiederholgenauigkeit:

Wie im Fall der Maschinengenauigkeit werden wir nun über die Wiederholbarkeit der Positionierung sprechen.

Die Wiederholbarkeit einer Positionierung ist die Fähigkeit, eine gewünschte Position, unter den gleichen Bedingungen, exakt wieder zu erreichen.

Beispiel Wiederholgenauigkeit:

Wenn wir die beiden vorherigen Fälle auswählen (Beschreibung der Genauigkeit) , sieht man beim Fall 1 die bessere Genauigkeit und bessere Wiederholbarkeit. Der Schlitten wiederholt die Position 2000,00 mm in dem kleinsten Fehlerrahmen. Es bedeutet nicht immer, dass die beste Präzision auch eine bessere Wiederholbarkeit garantiert. Wir werden den Fall 3 betrachten, in dem folgende Messergebnisse ermittelt wurden.

Im Fall 3 wurden vier Messungen durchgeführt: 1999,87 mm, 1999,89 mm, 1999,86 mm und 1999,85 mm. Wir sehen, dass jeder dieser Werte weit von der gewünschten Toleranz von -0,15 und -0,11 mm abweicht. Die Positionierungsgenauigkeit ist jedoch sehr hoch, bzw. +/- 0,02 mm.

Wenn wir die Wiederholbarkeit im Fall 1 mit der im Fall 3 vergleichen, können wir sagen, dass im Fall 1 die Genauigkeit und Wiederholbarkeit hoch ist, während im Fall 3 die Wiederholbarkeit hoch ist und die Genauigkeit jedoch nicht.

Fall 1

Fall 3

Wann brauchen wir eine hohe Wiederholgenauigkeit?

Es handelt sich im Allgemeinen um Anwendungen mit einer festen Position, die mit einer angemessenen Korrektur programmiert werden können, wie bspw. ein Palettierer, eine Bestückungsmaschine usw. Bei dieser Art der Anwendung ist es wichtig, dass die Maschine die Positionen A und B mit Sicherheit wiederholt, während die Zwischenpositionen überhaupt nicht relevant sind. Mit anderen Worten, Genauigkeit spielt zwischen Punkt A und Punkt B keine Rolle.

Mögliche Situationen Präzision-Wiederholgenauigkeit:

Im Allgemeinen können wir von drei Fällen wie in den nachfolgenden drei Beispielen ausgehen:

Hohe Genauigkeit

Hohe Wiederholgenauigkeit

Geringe Genauigkeit

Hohe Wiederholgenauigkeit

Geringe Genauigkeit

Geringe Wiederholgenauigkeit

Zusammenfassung Maschinengenauigkeit:

Die oben gezeigten Konzepte sind leicht zu verstehen. Jeder Hersteller muss sich darüber im Klaren sein, welche für seine Anwendungen am wichtigsten sind. Die Beschaffung einer sehr genauen Maschine kostet mehr Zeit und ist teurer. Wir brauchen nicht immer eine gute Genauigkeit. Oft ist es möglich, dass eine gute Wiederholbarkeit ausreicht.

Wenn Sie weitere Informationen zu dem Thema Maschinengenauigkeit in unserem Produktportfolio von Linearachsen wünschen, können Sie unsere Website (www.sinadrives.com) besuchen oder uns über einen Kommentar in diesem Blog kontaktieren.

Gerne stehen wir Ihnen auch telefonisch und persönlich zu diesem und allen anderen Themen zur Verfügung.

Wir sehen uns in der nächsten Ausgabe. Bis dahin alles Gute!

Ihr SINADRIVES Team.

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