VDI DGQ 3441-1977 Statistical Testing of the Operational and Positional Accuracy of Machine Tools Basis.pdf

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1、DK 519.241 : 311.214 : 621.9.012 :62-187 (083.132) VDI/DGQ-RICHTLINIEN Mrz 1977Verein DeutscherIngenieureDeutsche Gesellschaftfr QualittStatistische Prfung der Arbeits- undPositionsgenauigkeit von WerkzeugmaschinenGrundlagenVDI/DGQ 3441Statistical examination of exactiy workingand positioning of mac

2、hine-toolsFundamenteisInhalt SeiteVorwort 2Vorbemerkung 21. Geltungsbereich 22. Einfhrung 33. Prfen der Arbeitsgenauigkeit durch Bearbeiten von Prf Werkstcken . 43.1. Arbeitsunsicherheit 43.2. Ermittlung der Arbeitsstreubreite Ag 43.3. Arbeitsstreubreite und Werkstck-Toleranz 63.4. Korrekturfaktoren

3、 Trend, Meunsicherheit 83.5. Prfprotokoll mit Beispiel fr die Ermittlung der Arbeitsstreubreiteeiner Maschine 84. Prfung der Positionsgenauigkeit durch direkte Messungen an derMaschine 94.1. Kenngren zur Beurteilung der Positionsgenauigkeit 94.2. Ermittlung der Kenngren 94.3. Mewerterfassung 114.4.

4、Beispiel zur Ermittlung der Kenngren 125. Hinweise zur Auswahl der Prfmethoden und Prf kenn werte 126. Anhang 166.1. Grundgesamtheit, Verteilung, Stichprobe 166.2. Nherungsmethoden zur Ermittlung von Mittelwert und Standardabweichung 166.3. Ermittlung der Vertrauensbereiche fr Mittelwert und Standar

5、dabweichung 186.4. Ermittlung der Meunsicherheit der zu verwendenden Megerte . 186.5. Trend 197. Zusammenstellung der verwendeten Formelzeichen 20Schrifttum 21VDI -Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Fachbereich ProduktionsanlagenVDI-Handbuch BetriebstechnikB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B

6、0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-112 VDI/DGQ 3441VorwortSeit Anfang der sechziger Jahre haben sich zwei voneinander unabhngige Arbeitsgruppen mit statistischen Prfverfahren fr Werkzeugmaschinen beschftigt. Whrendsich die eine Gruppe der De

7、utschen Gesellschaft fr Qualitt (DGQ) schwerpunktmig mit der statistischen Prfunganhand von Prfwerkstcken befate, bearbeitete der Ausschu Informationsverarbeitung der VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB) vorwiegend Probleme der Prfungder Positionsgenauigkeit von NC-Maschinen. Die Arbeitbeider G

8、ruppen fand in folgenden Schriften ihren Niederschlag:ASQ/AWF 12 Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von WerkzeugmaschinenASQ/AWF 121 Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von DrehmaschinenVDI 3254 Blatt 1 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen; Genauigkeitsangaben; Begriffeund statische

9、 KenngrenBlatt 2 ; ; Messen statischer KenngrenBlatt 3 ; ; Prfen durch Probe WerkstckeIm Jahre 1970 haben sich die beiden Gruppen zusammengeschlossen zu der von VDI und DGQ gemeinsam getragenen VDI/DGQ-Fachgruppe Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen, die darberhinausvom V

10、erein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.(VDW) im VDMA und dem Fachnormenausschu Werkzeugmaschinen (FWM) tatkrftig untersttzt und gefrdert wird. Es wurde vereinbart, da die Federfhrung beider DGQ liegt und die Arbeitsergebnisse als VDI/DGQ-Richtlinien verffentlicht werden. Die frheren Verffentl

11、ichungen wurden grundlegend berarbeitet und durchweitere ergnzt.Die einzelnen Richtlinien tragen folgende Titel:VDI/DGQ 3441 Statistische Prfung der Arbeitsund Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen; GrundlagenVDI/DGQ 3442 Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von DrehmaschinenVDI/DGQ 3443

12、Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von FrsmaschinenVDI/DGQ 3444 Statistische Prfung der Arbeitsgenauigkeit von BohrmaschinenVDI/DGQ 3445 Statistische Prfung der Arbeits-Bl. 1 bis 5*) genauigkeit von SchleifmaschinenDie statistischen Prfverfahren lassen sich selbstverstnd-Uch auch fr andere,

13、in den oben genannten Richtliniennicht behandelte Maschinengattungen anwenden. DieArbeits- und Prfbedingungen sind dann von Fall zu Fallfestzulegen bzw. zu vereinbaren.Die Arbeiten standen unter der Leitung von Dr. rer. nat.Klaus G. Mller, Stuttgart (Obmann der VDI/DGQ-Fachgruppe). Die einzelnen Ric

14、hthren entstanden in Arbeitsgruppen, in denen Herren aus den Hersteller- und Anwenderfirmen sowie den Verbnden zusammenarbeiten. AllenObleuten, Mitarbeitern und den Mitarbeiter-Firmen sei andieser Stelle fr ihre bereitwillige Mitarbeit und Untersttzung gedankt.An der Ausarbeitung der Richtlire VDI/D

15、GQ 3441 habenmitgewirkt:Ing. Baumann, FrankfurtDipl.-Ing. Buch, StuttgartIng. Bulgrin, StuttgartDipl.-Ing. Golcke, AachenIng. Konz, DsseldorfDr.-Ing. Korner, FrankfurtDipl.-Ing. Mangelsdorf, Mnchen (Leitung)Dipl.-Ing. Neubrand, LudwigsburgProf Dr.-Ing. Pfeifer, AachenDipl.-Ing. Schfer, StuttgartDr.-

16、Ing. Schmid, NrtingenVorbemerkungDie Genauigkeit einer Werkzeugmaschine wird im allgemeinen nach den Normen des DIN Deutsches Institut frNormung e.V. beurteilt).Die Prfung nach diesen Abnahmebedingungen dient vorwiegend dem Nachweis der geometrischen Genauigkeitseigenschaften der Werkzeugmaschine, d

17、ie in der Regel inunbelastetem Zustand der Maschine erfat werden. Die Einflsse, wie z.B. Schnittkrfte, Lagerspiele, Unwuchten, diebeim Bearbeiten von Werkstcken auftreten, sind dabei nurteilweise erfat.Allgemeine Bestimmungen fr die Abnahmebedingungenvon Werkzeugmaschinen enthlt DIN 8601.Neben den i

18、n den Normen beschriebenen Prfungen sindfr die Beurteilung der Qualitt einer Werkzeugmaschineweitere Kenngren von Bedeutung. Fr die Prfung derArbeitsgenauigkeit einer Maschine ist letztlich die Qualittder Teile, die auf der Maschine bearbeitet werden, ausschlaggebend. Eine zuverlssige Aussage hierbe

19、r ist nurmit statistischen Methoden mglich. Darber hinaus istdie Bestimmung der Positionsgenauigkeit, besonders beinumerisch gesteuerten Maschinen, von groer Bedeutung.Auch hierbei werden statistische Methoden angewandt.Die Abnahme nach den Normen des DIN DeutschesInstitut fr Normung e.V. wird durch

20、 die Anwendungdieser Verfahren nicht berflssig, sondern sollte injedem Fall der statistischen Prfung vorausgegangen sein.1. GeltungsbereichDiese Richtlinie beschreibt die Grundlagen der statistischenPrfverfahren. Sie gilt unmittelbar zur Prfung werkstckgebundener Werkzeugmaschinen, also fr alle Sond

21、ermaschinen, bei denen die zu bearbeitenden Teile festhegen.Die Richtlire lt sich sinngem auch fr alle nichtwerk-stckgebundenen Maschinen, Lngenmegerte und*) Grundlagen; Aueniundschleifmaschinen mit Zentrierspitzen;Spitzenlose-; Innen-; Flach-.1) Auskunft ber vorhandene deutsche und internationale N

22、ormen gibt der Fachnormenausschu Werkzeugmaschinen (FWM),Frankfurt/M.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI/DGQ 3441 3-maschinell, sowie fr Koordinatenmemaschinen, Teilbzw. Koordinatentische, aber a

23、uch Kopiergerte undZeichenmaschinen anwenden. Sie ist ferner Voraussetzungfr das Verstndnis der Richtlinien VDI/DGQ 3442 bis3445, in denen das Verfahren zur Prfung der Arbeitsgenauigkeit bei nichtwerkstckgebundenen Maschinenzum Drehen, Frsen, Bohren und Schleifen nher erlutertwird.Alle Richtlinien s

24、ind Empfehlungen. Sollen sie bei Abnahme neuer Maschinen zugrunde gelegt werden, so istdies zwischen Hersteller und Besteller zu vereinbaren.Die Prfergebnisse derartiger Untersuchungen sind fernerfr die Arbeitsvorbereitung eine gute Unterlage zur Planungder Fertigungssicherheit. Die beschriebenen Pr

25、fverfahrensind in Reicher Weise geeignet zum berprfen von Maschinen nach lngerem Einsatz oder gezielt zur Schwachstellenanalyse beim Auftreten von fehlerhaften Teen.2. EinfhrungIn dieser Richtlinie werden die Begriffe, Verfahren undMethoden zur statistischen Prfung sowohl der Arbeitsgenauigkeit als

26、auch der Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen grundstzHch definiert und beschrieben.Sie benennt die zu messenden Kenngren und gibt zugleich Empfehlungen ber die einheitliche Form ihrerDarstellung.In Anlehnung an den durch Normen empfohlenen Sprachgebrauch, z.B. bei einem Megert die Megenauigke

27、itdirekt durch das Ma der Meunsicherheit auszudrcken,werden in dieser Schrift die BegriffeFertigungsunsicherheit als Ma fr die Fertigungsgenauigkeit,Arbeitsunsicherheit als Ma fr die ArbeitsgenauigkeitundPositionsunsicherheit als Ma fr die Positionsgenauigkeitgewhlt.Die bei der Bearbeitung von Werks

28、tcken auftretendenMaschwankungen geben zunchst direkten Aufschluber die Fertigungsstreuung bzw. Fertigungsgenauigkeit.Die Fertigungsunsicherheit ist damit ein Ma fr die Genauigkeit, mit der ein Werkstck auf einer vorgegebenenMaschine bei einem definierten Betriebszustand hergestelltwerden kann. Sie

29、schliet maschinenbedingte Abweichungen definitionsgem die Arbeitsunsicherheit einer Werkzeugmaschine und nichtmaschinenbedingte Abweichungen ein.Da zur anstehenden Beurteung allein die maschinenbedingten Abweichungen interessieren, mssen diese aus derVielzahl der mglichen Einflugren, die auf die Fer

30、tigungsunsicherheit einwirken, Bild 1 , herausgefunden werden.Die Ermittlung der Fertigungsunsicherheit mit all ihrenin Bd 1 skizzierten Einflugren ist nicht Gegenstanddieser Richtlinie.Alle maschinenbedingten Abweichungen, die bei der Herstellung von Teen auf einer Werkzeugmaschine entstehen,werden

31、 definitionsgem unter dem Begriff Arbeitsunsicherheit zusammengefat. Er enthlt damit sowohlsystematische als auch zufllige Fehlerantee, Bild 2.Ein direktes, geschlossenes Prfverfahren zur Ermittlungder Arbeitsunsicherheit einer Werkzeugmaschine ist technisch z.Z. nicht realisierbar. Nur verschiedene

32、 indirekteWerkstckGestaltWerkstoff(z.B. Zerspanbarkeit)WerkstckspannungFertigungsverfahrenPlanung und Gestaltungder BearbeitungWerkzeugSpannzeugBearbeitungsdatenKhlmittelFertigungsunsicherheitMaschineHerstellgenauigkeit derMaschineSteifigkeitdynamischestatischethermische EinflsseAufsteilungSchmierun

33、gPosi tioniersteuerungMaschinenbedienungBedienungsmannpersnliche Fhigkeitund GewissenhaftigkeitArbeits- und UmweltbedingungenMeverfahrenzur Prfungder WerkstckeBild 1. Einflugren auf die Fertigungsunsicherheit eines WerkstckesBild 2. Arbeitsunsicherheit der Maschine EinflugrenB974908A824A6748CAAAA99B

34、AB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-114 VDI/DGQ 3441Prfungen geben Aufschlu ber die wesentlichsten,maschinenbedingten Einflugren.Die Erfassung der systematischen Fehleranteile der Arbeitsunsicherheit ist im allgemeinen ein ko

35、mplexes Problem,das sehr schwierig sein kann. Die DIN-Normen und entsprechende ISO-Empfehlungen geben dazu wichtige Ansatzpunkte fr geometrische Prfungen.Darber hinaus knnen Sonderuntersuchungen z.B. berdas dynamische Verhalten einer Werkzeugmaschine weiterfhren.Als Ma fr alle maschinenbedingten, zu

36、flligen Abweichungen gilt die Arbeitsstreubreite. Sie gibt an, mit welcherReproduzierbarkeit ein Werkstck auf der Werkzeugmaschine hergestellt werden kann. Durch das Bearbeiten vonPrfwerkstcken unter festgelegten, definierten Bearbeitungsbedingungen lt sich die Arbeitsstreubreite mitden statistische

37、n Methoden gem Abschn. 3 ermitteln.Bei allen Maschinen mit Positioniereinrichtung, besondersbei numerisch gesteuerten Maschinen, ist die Postitions-genauigkeit ein wichtiges Charakteristikum. Als Ma dafrwird die Positionsunsicherheit definiert (Bild 2). Die Positionsunsicherheit gibt an, mit welcher

38、 Genauigkeit einebeliebig vorgewhlte Position im Arbeitsbereich einerWerkzeugmaschinenachse erreicht bzw. angefahren werdenkann. Sie wird durch direkte Lngenmessungen an derMaschine gem den in Abschn. 4 beschriebenen Verfahren ermittelt.Alle Abweichungen werden dabei punktweise, nach Stillstand z.B.

39、 eines Werkzeugmaschinenschlittens in den verschiedenen Positionen der Prfachse erfat. Die Prfungdes dynamischen Verhaltens einer Bearbeitungsachse istnicht Gegenstand dieser Richtlinie.3. Prfen der Arbeitsgenauigkeit durch Bearbeiten von PrfwerkstckenFr die Beurteilung der Qualitt einer Werkzeugmas

40、chinewird neben anderen Kenngren allgemein die Genauigkeit,mit der ein Teil auf dieser Maschine hergestellt werdenkann, herangezogen. Man spricht von der Arbeitsgenauigkeit einer Werkzeugmaschine. Als Ma fr die Arbeitsgenauigkeit wird die Kenngre Arbeitsunsicherheit definiert.3.1. Arbeitsunsicherhei

41、tDie Arbeitsunsicherheit ist die Summe aller z.B. durch Prfwerkstcke ermittelten, maschinenbedingten systematischen und zuflligen Abweichungen (Bild 2).Sie wird fr ein bestimmtes Fertigungsverfahren und unterdefinierten Fertigungsbedingungen ermittelt.Die bei der Bearbeitung auftretenden Maschwankun

42、gender Teile geben zunchst Aufschlu ber die Fertigungsunsicherheit (Bild 1).Durch Festlegung der Prfbedingungen und Anwendungmathematisch-statistischer Methoden knnen aus denPrfdaten die nicht maschinenbedingten Einflsse (z.B.Trend durch Werkzeugabnutzung, Bedienungsschwankungen oder die Meunsicherh

43、eit bei der Vermessungder Einzelteile) eliminiert werden, um damit die Greder Arbeitsunsicherheit zu ermitteln.Die Arbeitsunsicherheit ist mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand in den meisten Fllen nicht bestimmbar.Deshalb wird nur der maschinenbedingte Anteil der zuflligen Abweichungen d.h. die A

44、rbeitsstreubreite mitPrfwerkstcken ermittelt.3.1.1. Systematische AbweichungenHierunter sind Einflsse, wie geometrische Abweichungender Maschinenbauteile, thermische Einflsse, statischeund dynamische Steifigkeit usw. zu verstehen. Sie knnenteilweise z.B. durch geometrische Untersuchungen nachden DIN

45、-Normen bzw. ISO-Empfehlungen oder durchspezielle Sonderuntersuchungen (dynamisches Verhalten)erfat werden. Durch Festlegung definierter Bearbeitungsbedingungen und Anwendung der nachfolgend beschriebenen statistischen Verfahren werden sie ebenso wie dienichtmaschinenbedingten Einflsse weitgehend el

46、iminiert.3.1.2. Zufllige Abweichungen ArbeitsstreubreiteDie Arbeitsstreubreite einer Werkzeugmaschine lt sichaus den Maschwankungen der Prfwerkstcke bei festgelegten Bearbeitungsbedingungen mit mathematischstatistischen Verfahren ermitteln. Die Arbeitsstreubreiteist definiert als der sechsfache Betr

47、ag der Standardabweichung (6 s), die aus den Maschwankungen der Prfwerkstcke ermittelt wurde (Abschn. 3.2.4). Sie wird stetsin Verbindung mit der Art der Abweichung (Ma, Lage,Form) angegeben.3.2. Ermittlung der ArbeitsstreubreiteDie in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahren sindohne Schwierigkeite

48、n anwendbar fr werkstckgebundeneMaschinen und bei allen Sondermaschinen, fr die schonbei der Konstruktion bzw. Bestellung die zu fertigendenTeile (und evtl. die Bearbeitungsbedingungen) festliegen.Anhand solcher auf der Maschine gefertigten Teile erfolgtdann auch die Prfung.Fr alle nicht werkstckgebundenen Maschinen sind dieseVerfahren ebenfalls anwendbar. Es ist jedoch notwendig,fr die verschiedenen Werkzeugmaschinenarten jeweilstypische Prfwerkstcke und Bearbeitungsbedingungenwie z.B. Schnittg