Le principe de la métrologie en cours d’usinage est d'obtenir des données de mesure directement dans le flot de production. Ce principe fait suite au besoin croissant des industriels de réaliser des mesures en ligne durant une opération ou entre deux opérations d'usinage en employant le moyen de production pour mesurer la pièce usinée. La maîtrise des sources d’erreur de mesure telles que les erreurs géométriques est une condition sine qua non pour garantir la métrologie dimensionnelle traçable directement sur les machines-outils. Ces travaux portent sur la modélisation géométrique de machine-outil 5 axes, basée sur une paramétrisation normalisée des erreurs géométriques. Ce modèle est simulé et simplifié par l’utilisation d’une machine virtuelle développée comme un outil d’aide à la compréhension et à la visualisation des effets des erreurs géométriques sur l’erreur volumétrique. Un nouvel étalon matériel thermo-invariant a été développé : la Multi-Feature Bar. Raccordé à la définition internationale du mètre par un étalonnage et une intercomparaison européenne, il permet d’envisager des mesures traçables sur machine-outil dans un environnement hostile. L’identification de trois paramètres intrinsèques à cet étalon, couplée à une procédure de mesure, assure une identification complète et traçable des erreurs de mouvement d’axes linéaires. Suite à cela, l’identification des erreurs entre axes est quant à elle basée sur une analyse de combinaisons de paramètres suffisants pour caractériser au mieux l’erreur volumétrique. Une procédure d’identification des paramètres du modèle est proposée en minimisant la dérive temporelle de la structure ainsi que les effets des erreurs de mouvement précédemment identifiées. Une analyse de sensibilité des paramètres de réglages de la procédure de mesure ainsi que des effets de bruits permet de garantir la qualité de l’identification proposée. / In-process metrology consists in obtaining measurement data directly into the manufacturing process. This method results from an increasing need of manufacturers to carry out on-line measurements during one manufacturing task or between two manufacturing tasks by using the mean of production to measure the machined part. Monitoring the sources of errors like geometric errors is one of the prerequisites to ensure the traceable dimensional metrology directly on the machine tool.This thesis deals with the geometric modeling of 5-axis machine tool based on a standardized parameterization of geometric errors. This model is simulated and simplified by the use of a virtual machine developed in order to help understand and visualize the effects of geometric errors on the volumetric error.A new standard thermo-invariant material namely Multi-Feature Bar has been developed.After its calibration and after a European intercomparison, it provides a direct metrological traceability to the SI meter for dimensional measurement on machine tool in a hostile environment. The identification of three intrinsic parameters of this standard, coupled with a measurement procedure ensures complete and traceable identification of motion errors of linear axes. The identification of position and orientation errors of axis is based on an analysis of combinations of necessary parameters to characterize volumetric error and at best. A model parameter identification procedure is proposed by minimizing the time drift of the structural loop and the effects of previously identified motion errors. Asensitivity analysis of the measurement procedure settings and of the noise effects ensures the quality of this proposed identification.

Inhomogeneous and changing temperature distributions in machine tools lead to sometimes considerable quality problems in the manufacturing process. In addition, the switching on and off of aggregates, for example, leads to further fluctuations in the temperature field of machine tools. More than 100 specialists discussed these and other topics from the field of thermal research at the 1st Conference on Termal Issues in Machine Tools in Dresden from 22 to 23 March.:Efficient modelling and computation of structure-variable thermal behavior of machine tools S. Schroeder, A. Galant, B. Kauschinger, M. Beitelschmidt Parameter identification software for various thermal model types B. Hensel, S. Schroeder, K. Kabitzsch Minimising thermal error issues on turning centre M. Mareš, O. Horejš, J. Hornych The methods for controlled thermal deformations in machine tools A. P. Kuznetsov, H.-J. Koriath, A.O. Dorozhko Efficient FE-modelling of the thermo-elastic behaviour of a machine tool slide in lightweight design C. Peukert, J. Müller, M. Merx, A. Galant, A. Fickert, B. Zhou, S. Städtler, S. Ihlenfeldt, M. Beitelschmidt Development of a dynamic model for simulation of a thermoelectric self-cooling system for linear direct drives in machine tools E. Uhlmann, L. Prasol, S.Thom, S. Salein, R. Wiese System modelling and control concepts of different cooling system structures for machine tools J. Popken, L. Shabi, J. Weber, J. Weber The electric drive as a thermo-energetic black box S. Winkler, R. Werner Thermal error compensation on linear direct drive based on latent heat storage I. Voigt, S. Winkler, R. Werner, A. Bucht, W.-G. Drossel Industrial relevance and causes of thermal issues in machine tools M. Putz, C. Richter, J. Regel, M. Bräunig Clustering by optimal subsets to describe environment interdependencies J. Glänzel, R. Unger, S. Ihlenfeldt Using meta models for enclosures in machine tools F. Pavliček, D. P. Pamies, J. Mayr, S. Züst, P. Blaser, P. Hernández-Becerro, K. Wegener Model order reduction of thermal models of machine tools with varying boundary conditions P. Hernández-Becerro, J. Mayr, P. Blaser, F. Pavliček, K. Wegener Effectiveness of modelling the thermal behaviour of the ball screw unit with moving heat sources taken into account J. Jedrzejewski, Z. Kowal, W. Kwasny, Z. Winiarski Analyzing and optimizing the fluidic tempering of machine tool frames A. Hellmich, J. Glänzel, A. Pierer Thermo-mechanical interactions in hot stamping L. Penter, N. Pierschel Experimental analysis of the heat flux into the grinding tool in creep feed grinding with CBN abrasives C. Wrobel, D. Trauth, P. Mattfeld, F. Klocke Development of multidimensional characteristic diagrams for the real-time correction of thermally caused TCP-displacements in precise machining M. Putz, C. Oppermann, M. Bräunig Measurement of near cutting edge temperatures in the single point diamond turning process E. Uhlmann, D. Oberschmidt, S. Frenzel, J. Polte Investigation of heat flows during the milling processes through infrared thermography and inverse modelling T. Helmig, T. Augspurger, Y. Frekers, B. Döbbeler, F. Klocke, R. Kneer Thermally induced displacements of machine tool structure, tool and workpiece due to cutting processes O. Horejš, M. Mareš, J. Hornych A new calibration approach for a grey-box model for thermal error compensation of a C-Axis C. Brecher, R. Spierling, M. Fey Investigation of passive torque of oil-air lubricated angular contact ball bearing and its modelling J. Kekula, M. Sulitka, P. Kolář, P. Kohút, J. Shim, C. H. Park, J. Hwang Cooling strategy for motorized spindle based on energy and power criterion to reduce thermal errors S. Grama, A. N. Badhe, A. Mathur Cooling potential of heat pipes and heat exchangers within a machine tool spindleo B. Denkena, B. Bergman, H. Klemme, D. Dahlmann Structure model based correction of machine tools X. Thiem, B. Kauschinger, S. Ihlenfeldt Optimal temperature probe location for the compensation of transient thermal errors G. Aguirre, J. Cilla, J. Otaegi, H. Urreta Adaptive learning control for thermal error compensation on 5-axis machine tools with sudden boundary condition changes P. Blaser, J. Mayr, F. Pavliček, P. Hernández-Becerro, K. Wegener Hybrid correction of thermal errors using temperature and deformation sensors C. Naumann, C. Brecher, C. Baum, F. Tzanetos, S. Ihlenfeldt, M. Putz Optimal sensor placement based on model order reduction P. Benner, R. Herzog, N. Lang, I. Riedel, J. Saak Workpiece temperature measurement and stabilization prior to dimensional measurement N. S. Mian, S. Fletcher, A. P. Longstaff Measurement of test pieces for thermal induced displacements on milling machines H. Höfer, H. Wiemer Model reduction for thermally induced deformation compensation of metrology frames J. v. d. Boom Local heat transfer measurement A. Kuntze, S. Odenbach, W. Uffrecht Thermal error compensation of 5-axis machine tools using a staggered modelling approach J. Mayr, T. Tiberini. P. Blaser, K. Wegener Design of a Photogrammetric Measurement System for Displacement and Deformation on Machine Tools M. Riedel, J. Deutsch, J. Müller. S. Ihlenfeldt Thermography on Machine Tools M. Riedel, J. Deutsch, J. Müller, S. Ihlenfeldt Test piece for thermal investigations of 5-axis machine tolls by on-machine measurement M. Wiesener. P. Blaser, S. Böhl, J. Mayr, K. Wegener

Die prozessaktuelle Messung von Kräften und Momenten zwischen Werkzeug und Werkstück ist zunehmend Voraussetzung für viele fertigungstechnische Anwendungen. Neben der Verwendung der Daten zur Prozessdiagnose und -überwachung sowie für Qualitätssicherung und -nachweis, werden durch geregelte bzw. adaptive Prozessführung bestimmte Prozesse oder Qualitäten überhaupt erst möglich oder wirtschaftlich. Mit dem erweiterten Bewegungsvermögen moderner Fertigungseinrichtungen wächst dabei auch der Bedarf zur Erfassung räumlicher Kräfte und Momente in bis zu 6 Freiheitsgraden. Großes Potenzial besteht in der Integration mehrerer einachsiger Kraftsensoren direkt in die Maschinenstruktur und der intelligenten Verarbeitung der Messsignale zu räumlichen Kräften und Momenten an der Wirkstelle. Insbesondere für parallele Stabstrukturen und Parallelkinematiken -- und für die Messung mit 6 Freiheitsgraden speziell für Hexapodstrukturen und Hexapoden -- ist der Ansatz aufgrund der nahezu reibungsfreien Messung vielversprechend. Gleichzeitig wirken jedoch prozess- und strukturbedingte Einflüsse auf die Kraftsensoren, die in Abhängigkeit der Sensorposition durch ein Messmodell kompensiert werden müssen. Für dynamische Messungen während der Maschinenbewegung müssen diese Messmodelle zwingend in Echtzeit im Steuerungskern berechnet werden und weiterhin durch ein Verfahren zur Parameteridentifikation schnell und einfach an der betriebsbereiten Maschine aktualisiert werden können. Diese Arbeit erforscht Möglichkeiten und Grenzen integrierter Kraftsensorik in starren Hexapodstrukturen und Hexapodkinematiken zur räumliche Prozesskraftmessung und -regelung an der Wirkstelle sowie die dazu notwendigen Messmodelle und Verfahren zur Parameteridentifikation. Für den Lösungsansatz kommen ausschließlich kostengünstige einachsige Standard-Kraftsensoren zum Einsatz, und die Validierung erfolgt auf Versuchsträgern mit kommerzieller Werkzeugmaschinensteuerung. Es werden systematisch mögliche Konfigurationen und Einbaupositionen identifiziert, die zugehörigen Messmodelle aufgestellt und Verfahren zur Auslegung und Berechnung aussagekräftiger Kenngrößen entwickelt. Anhand definierter Bewertungskriterien werden die Varianten in umfangreichen experimentellen Untersuchungen untereinander verglichen sowie zu den Standardlösungen der 6-Achs-Kraftmessplattform und der Kraftschätzung aus Antriebsströmen eingeordnet. Einen Schwerpunkt bildet die Messung während der Maschinenbewegung, bei der synchron zur Messung und abhängig von der Sensorplatzierung maschinen- und prozessbedingte Einflüsse online kompensiert werden müssen. Auf dieser Basis erfolgt anschließend die Entwicklung von Identifikationsverfahren zur schnellen und einfachen Parametrierung der Messmodelle an der betriebsbereiten Maschine durch automatisierbare Messzyklen. Schließlich werden mit den entwickelten Messsystemvarianten verschiedene Formen der Kraftregelung umgesetzt und die Ansätze so anwendungsnah validiert. Im Ergebnis liegen Methoden und Verfahren zur Aufstellung der Messmodelle, zur Auslegung der Kraftmesssysteme sowie zur Berechnung aussagekräftiger Kenngrößen vor. Zusammen mit der Validierung anhand verschiedener Anwendungsfälle wird ein Beitrag geleistet zur Qualifizierung der Unsicherheiten der räumlichen Kraftmessung mit integrierten Sensoren sowie der Auswirkung der Sensorintegration auf die Maschineneigenschaften. Die zwei entwickelten Verfahren zur Parameteridentifikation erlauben anhand der Kraftsignale aus quasi-statischen und dynamischen Eigenbewegungen der Maschine die schnelle Rekalibrierung der Messmodelle ohne Vorwissen oder Versuchsaufbauten in Bearbeitungspausen. Schließlich zeigen die zwei umgesetzten Varianten der räumlichen Kraftregelung die Eignung der strukturintegrierten Kraftmessung sowohl für das kraftgeregelte Teachen als auch für die Kontaktkraftregelung. / Today, in-process force measurement is required by many manufacturing applications. Beside process monitoring and diagnosis as well as quality assurance and validation, force controlled or adapted process management allows producing higher qualities or even enables new processes. With the extended movability of modern machine tools, such as five-axis kinematics or hexapods, the measurement of spatial forces and moments in up to 6 degrees of freedom is requested in particular. A new promising approach bases on the integration of multiple single-axis force sensors into the machine structure and the smart control-integrated signal transformation to forces and moments at the tool centre point. Especially for bar structures and kinematics, and for a measurement in 6 degrees of freedom for hexapod structures and kinematics, the approach is particularly suitable, as no friction is involved. At the same time, process and dynamic influences affect the force measurements and must be included into a real-time capable measurement model within the control kernel. As the model parameters can change during machine usage, a fast and simple calibration procedure is requested. This contribution explores capabilities and limits of integrated force sensors in rigid hexapod structures and hexapod kinematics for the sake of spatial process force measurement and control at the tool centre point as well as the required measurement models and parameter identification procedures. For practical relevant results, only commercial cost-efficient single-axis standard force sensors are used for this approach, and implementation as well as validation are performed on commercial machine tool controls. At first, possible configurations and sensor placements are evaluated systematically, measurement models are implemented, and methods for framework design as well as the calculation of meaningful criteria are investigated. Next, multiple variants of the new sensor systems are evaluated and classified in extensive experimental studies with regard to the state of the art, which is represented by force/torque sensors at the end-effector and force measurement from drive currents. A focal point is the measurement during machine movement, which requires a synchronous measurement of force and drive values to compensate dynamic influences in real-time. On that basis, different parameter identification procedures are investigated to update the measurement models with fast and simple procedures in an operational machine state by automatable measurement cycles. Finally, multiple variants of force control are implemented that use and validate the developed integrated force measuring systems. In conclusion, methods and procedures to design structure-integrated force sensor systems, to implement the required measurement models, and to calculate meaningful characteristics are available. By the evaluation and validation of the systems regarding to multiple use cases and with respect to the state of the art, this work qualifies capabilities, uncertainties, and limits of spatial structure-integrated force measurement as well as effects upon the machine characteristics. The two developed parameter identification procedures allow a fast and simple recalibration of the measurement models in operational machine state without requiring external knowledge or test setups. Finally, two realised methods of force control prove the capability of structure-integrated force measurement for force-controlled teaching as well as for contact control.

This thesis solves the impact of conventional compensation to the volumetric accuracy of the CNC machine. It is therefore a practical research work, where are in the theoretical introduction mentioned requirements for machine tools, the types of errors that can occur on three-axis kinematics, compensation for the control system Siemens Sinumerik 840D sl and devices by means of which are these compensation under the work formed and subsequently verified. In this work can be seen the measured values and graphs from each measurements, a detailed analysis of the results and drawing conclusions from these results.

Thesis (M. Tech. (Design and Studio Art)) -- Central University of Technology, Free State, 2014 / This quantitative research project investigates the utilization of emerging technologies within the arts with a view on establishing an interdisciplinary approach between ceramics and engineering. The traditional manufacturing method of producing master moulds is a time-consuming process for the studio ceramicist. This study explores whether computer-aided design (CAD) and computer numerical control (CNC) milling can accelerate the design and manufacturing process when developing master moulds as an alternative to using traditional methods. It investigates whether SolidWorks® can be applied as a suitable CAD design tool for the creation of ceramic vessel forms in order to reduce the design development time frame. It furthermore investigates whether CNC milling can be used as a viable manufacturing technology for the making of vessel prototypes and master moulds from CAD data, the overall objective being to improve and accelerate the plaster of Paris master mould manufacturing process for the batch production of studio-based ceramic artefacts. Findings from this study indicate that emerging technologies have a lot to offer the artist when it comes to providing new possibilities for the creation of artefacts and that SolidWorks® and CNC milling can be utilized as a viable interdisciplinary manufacturing approach between ceramics and digital manufacturing technologies.

Die Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminare sind ein Forum zu ausgewählten Spezialthemen der Entwicklung und Nutzung von Werkzeugmaschinen. Das 16. WZM-Fachseminar berichtetet inhaltlich detailliert von aktuellen Arbeiten im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen" (SFB/TR 96) an den Standorten Dresden, Aachen und Chemnitz. Die Fachbeiträge berichten über experimentelle und modellgestützte Analyse von Wärmequellen und -übertragung in spanenden Werkzeugmaschinen sowie zu Lösungsansätzen zur Korrektur und Kompensation der thermo-elastischen Verlagerungen.

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Die Entwicklung moderner produktionstechnischer Systeme, z. B. Verpackungs- oder Werkzeugmaschinen, erfolgt aufgrund derer steigender Komplexität zunehmend in interdisziplinären Projektteams. Diesen gehören Entwickler unterschiedlichster Fachbereiche (Domänen) an, wie beispielsweise Vertriebsmitarbeiter, Konstrukteure, Arbeitswissenschaftler, Informatiker oder Designer. Sie alle generieren im iterativen Entwicklungsprozess Inhalte, die wiederum für andere Entwickler als Arbeitsgrundlage notwendig sind und an diese übergeben werden müssen. Der erforderliche, interdisziplinäre Informationsaustausch stellt heute immer noch ein Kernproblem bei der Maschinenentwicklung dar. In der vorliegenden Arbeit wird die aktuelle Situation bei der Informationsübergabe im Entwicklungsprozess analysiert, der Bedarf nach Assistenzsystemen abgeleitet und eine neue Herangehensweise zur Unterstützung der interdisziplinären Entwicklung als theoretische Basis für die Erstellung der Software „Smarte Werkbank“ vorgestellt.

This diploma thesis deals with the design of a virtual twin of cross table MCV 754 QUICK from the Czech manufacturer Kovosvit MAS. The research part describes the basic principles of predictive maintenance methodology and virtual twin technology. The practical part includes a simplification of the initial cross table model. This model was then transferred to the simulation software MSC Adams, where it was optimized so that its behavior corresponds as closely as possible to the physical device. Several simulations were subsequently performed on the model. Then a concept for a predictive method for calculating the remaining service life of individual sections of the ball screw was presented. Simulations performed on a virtual twin served as a source of data to test the proposed method.

[Aus dem Text:] Spanende Bearbeitung nimmt nach wie vor eine zentrale Stellung ein. Dies gilt nicht nur für die Gegenwart. Die betreffenden Unternehmen prognostizieren mehrheitlich sogar für die spanenden und trennenden Verfahren einen Bedeutungszuwachs. Dieser geht einher mit der eindeutigen Tendenz zu weiter wachsenden Genauigkeitsforderungen an die Fertigungsprozesse der Metall-, Kunststoff- und Elektroindustrie. Die gegenwärtigen und künftigen ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und gesellschaftlichen Zielstellungen, wie - die Ressourcenschonung – und hier insbesondere die Verbesserung der Energieeffizienz in der Produktionstechnik, - die Befriedigung individualisierter Bedürfnisse – mit dem daraus für die Fertigung folgenden Bedarf an weiterer Flexibilisierung sowie - die immerwährende Forderung nach weiterer Steigerung der Produktivität, führen im Zusammenhang mit der spanenden Genauigkeitsfertigung zu einem sich verschärfenden Zielkonflikt im Dreiecksverhältnis von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Bearbeitung.