Technische Information

Dynamic Precision – dynamisch und mit hoher­Genauigkeit bearbeiten
Produktivitätssteigerung und Kostenreduzierung sind vorrangige Ziele moderner Produktionsunternehmen. Eng damit verknüpft sind die
Forderungen nach reduziertem Ausschuss, kürzeren Bearbeitungszeiten und dem Vermeiden von zusätzlichen Bearbeitungsschritten
bzw. Nacharbeit. Steuerungen für Werkzeugmaschinen müssen somit in der Lage sein, im Zielkonflikt zwischen Bearbeitungszeit, Oberflächenqualität und Werkstückgenauigkeit einen für die Fräsmaschine und den Fertigungsprozess optimierten Ansatz zu finden.
Unter dem Begriff Dynamic Precision fasst HEIDENHAIN eine Gruppe von Funktionen für TNC-Steuerungen zusammen, welche die Bahngenauigkeit von Werkzeugmaschinen auch bei hohen Vorschüben und komplexen Bahnbewegungen erheblich verbessern. Die dynamische
Genauigkeit einer Werkzeugmaschine wird von den Beschleunigungen der Vorschubachsen bestimmt, welche erforderlich sind, um eine
präzise Bahnbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug zu erzeugen.
Beim Beschleunigen von Vorschubachsen können sich Maschinenkomponenten durch Trägheitskräfte verformen oder sogar zu Schwingungen angeregt werden. Mit Dynamic Precision werden die während der Bearbeitung entstehenden dynamischen Fehler am Tool Center
Point (TCP) erheblich reduziert, so dass NC-Programme bei verbesserter Bauteilgenauigkeit und Oberflächengüte sogar merklich schneller
abgearbeitet werden.

Mit einer deutlichen Reduktion der Fehleram Tool Center Point bei hochdynamischer
Abarbeitung von NC-Programmen leistet
Dynamic Precision somit einen wertvollen
Beitrag zur Steigerung der Performancevon Werkzeugmaschinen.
Anwender sparen Zeit und Kosten für unnötigen Ausschuss, da sich die höhere dynamische Genauigkeit von Werkzeugmaschinen mit Dynamic Precision in kürzeren
Bearbeitungszeiten, einer verbesserten
Werkstückgenauigkeit und einer höheren
Oberflächengüte bemerkbar machen.

September 2013

Dynamic Precision
Kürzere Bearbeitungszeit, höhere Genauigkeit, bessere Oberfläche

Thermische Fehler von Werkzeugmaschinen zeigen sich am Werkstück in Zeiträumen von wenigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden. Mit der Software-Option
KinematicsOpt können Anwender fünfachsiger Maschinen die Auswirkungen von thermischen Fehlern auf die Lage der Rundachsen mit geringem Zeitaufwand effektiv
kompensieren.
Die dynamischen Fehler einer Werkzeugmaschine umfassen kurzzeitige Abweichungen oder Schwingungen am Tool Center
Point. Dynamische Fehler haben folgende
Ursachen:• Vorschubkräfte und -drehmomente sowie
Bearbeitungskräfte sorgen für Positionsund Winkelfehler am Tool Center Point.
• Schleppfehler zwischen der Sollposition
und der tatsächlichen Position der Vorschubachsen können von der Antriebsregelung nicht vollständig kompensiert
werden.

2

Bearbeitung einer Ecke: Geschwindigkeit,
Beschleunigung und Ruck in den beiden Achsen
X und Y

Geschwindigkeit

Die Klasse der thermisch bedingten Fehlerumfasst die Auswirkungen von Temperaturschwankungen im Maschinengestell oderim Werkstück auf die Genauigkeit am Tool
Center Point TCP. Temperaturschwankungen im Gestell entstehen durch:• kalte oder warme Luftströmungen in derMaschinenhalle• Sonneneinstrahlung• Wärmeentwicklung von Aggregaten und
Antrieben in einer Werkzeugmaschine• kalte oder warme Kühlschmierstoffströme
im Arbeitsraum der Maschine

Dies trifft besonders auf die Bearbeitungenvon Freiformﬂächen mit möglichst hoher
Oberflächengüte bei hoher Genauigkeit zu.
In vielen Freiformbearbeitungen kombinieren sich Ecken und leicht gekrümmte Oberflächen. Häufige Richtungswechsel der
Fräsbewegung sind die Folge. Bei jedem
Richtungswechsel müssen Achsen abbremsen oder beschleunigen. Das Maß für
die Dauer des Beschleunigungsaufbaus ist
der Ruck. Ein hoher Ruck bewirkt einenschnellen Beschleunigungsaufbau und dadurch einen Zeitgewinn. Ein hoher Ruck
führt aber auch zur Anregung von Maschinenschwingungen und somit zu Ungenauigkeiten und Fehlern auf der Werkstückoberfläche. Um die Abweichungen durch
dynamische Fehler möglichst gering zu
halten, muss langsam verfahren werden.

Zeit

Beschleunigung

Unter den kinematischen oder statischen
Fehlern von Werkzeugmaschinen werden
die Auswirkungen der Abweichungen einer
realen Maschinenkinematik von dem in der
Steuerung hinterlegten Kinematikmodell
zusammengefasst. Folgende Faktoren wirken sich in der Praxis auf die Genauigkeit
der Maschinenkinematik aus:
• Fertigungs- und Montagegenauigkeit derMaschinenkomponenten• gewichtsbedingter Durchhang oder entsprechende Verbiegungen des Gestells
Die kinematischen Fehler verändern sichbei hochwertigen Werkzeugmaschinen üblicherweise nur wenig und können über die
TNC-Software-Optionen KinematicsComp
und KinematicsOpt abgebildet und entsprechend kompensiert werden.

Die dynamischen Fehler nehmen im Allgemeinen zu, je schneller NC-Programmeabgearbeitet werden. Soll also die Bearbeitungszeit reduziert werden, so geht diesauf Kosten der Genauigkeit und der Oberflächengüte. Und im Gegenzug muss man
für exakte Konturen längere Bearbeitungszeiten in Kauf nehmen.

Zeit

Ruck

Die am Werkstück sichtbaren Oberflächenfehler sowie die messbaren Geometrieabweichungen lassen sich auf drei ursächliche
Fehlerklassen zurückführen.

Zeit

Y
X

Bei Werkstücken mit schwach gekrümmten oder leicht schrägen Flächen gibt eshäufig Probleme durch Schattierungen auf
der Oberfläche. Diese können aus Schwingungen der Maschine resultieren, aberauch von externen Störungen kommen.
Bei 5-Achs-Bearbeitung kommt es in den
Linearachsen aufgrund von Ausgleichsbewegungen zu hochdynamischen Bewegungen (hoher Vorschub, hohe Beschleunigung).
Daraus können wiederum große Abweichungen aufgrund von Schwingungen oderanderen dynamischen Abweichungen resultieren.
Da sich die dynamische Genauigkeit derMaschine mit zunehmendem Alter undabhängig von der Beladung ändert, können weitere Abweichungen entstehen.
Diese Effekte zeigen sich hauptsächlich inden Beschleunigungsphasen.

Unter dem Begriff Dynamic Precision sind
optionale Funktionen für HEIDENHAINSteuerungen zusammengefasst, die die dynamischen Fehler von Werkzeugmaschinen
wirkungsvoll reduzieren. Sie verbessern
das dynamische Maschinenverhalten, erzielen eine höhere Steifigkeit am TCP undermöglichen so das Fräsen an der Grenze
des technologisch Möglichen unabhängig
vom Alter der Maschine, ihrer Beladung undder Bearbeitungsposition.
Vorteile von Dynamic Precision fürEndanwender
Für genaue Werkstücke mit hoher Ober­
flächengüte muss nicht mehr zwangsläufig
langsam bearbeitet werden. Werkzeug­maschinen arbeiten mit Dynamic Precision
gleichzeitig schnell und präzise.
Hohe Präzision bei schneller Bearbeitung
bedeuten aber auch eine Erhöhung der
Produktivität. Stückkosten sinken ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit und derOberflächenqualität.

Dynamic Precision sorgt auch dafür, dassdie Genauigkeit unabhängig von der Betriebsdauer und von der Beladung erhalten
bleibt. Somit müssen Vorschübe nicht altersoder beladungsbedingt reduziert werden.
Was ist Dynamic Precision?
Die Funktionen von Dynamic Precision­stehen als Optionen für Steuerungen von­HEIDENHAIN zur Verfügung. Sie können
sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt werden.
• CTC – Kompensation beschleunigungsabhängiger Positionsabweichungen am
Tool Center Point, dadurch höhere Genauigkeit in den Beschleunigungsphasen• AVD – Aktive Schwingungsdämpfung für
bessere Oberflächen
• PAC – Positionsabhängige Anpassung
von Regelparametern• LAC – Lastabhängige Anpassung von­Regelparametern, dadurch hohe Genauigkeit unabhängig von Beladung und­Alterung• MAC – Bewegungsabhängige Anpassung
von Regelparametern
Die einzelnen Funktionen werden im Folgenden ausführlich beschrieben.

Wie arbeitet Dynamic Precision?
Die Funktionen von Dynamic Precision
werden in der Regler-Einheit – einer Komponente der HEIDENHAIN-Steuerungen –mit hoher Taktrate an die Bewegungen und
Belastungen der Werkzeugmaschine angepasst.
Da es sich bei Dynamic Precision um Software-Funktionen handelt, ist keinerlei Eingriff in die Maschinenmechanik oder in den
Antriebsstrang notwendig. Allerdings mussder Maschinenhersteller die einzelnen
Funktionen freischalten, parametrieren und
an die Maschine anpassen.

3

CTC
Kompensation beschleunigungsabhängiger Positionsabweichungenam Tool Center Point
Durch dynamische Beschleunigungsvorgänge entstehen Kräfte, die Teile der Maschine kurzzeitig verformen können. Dies
kann zu Abweichungen am Werkzeugmittelpunkt, dem Tool Center Point (TCP), führen. Neben einer Deformation in Achsrichtung kann die dynamische Beschleunigung
einer Achse aufgrund mechanischer Verkopplungen auch Deformationen quer zur
Beschleunigungsrichtung verursachen.
Dies gilt insbesondere, wenn die Vorschubkräfte nicht im Schwerpunkt einer Achse
angreifen. So können während der Bremsund Beschleunigungsphasen aufgrund derTrägheit der Massen Nickbewegungen entstehen (siehe Abbildung 1).
Die resultierenden Positionsabweichungenin Richtung der beschleunigten Achse sowie der Querachsen sind proportional zur
Beschleunigung der bewegten Vorschub­achse (Abbildung 2). Die Abweichungenhängen zudem von der Steifigkeit der Führungen, dem Abstand zwischen dem Angriffspunkt der Vorschubkraft und dem
Massenschwerpunkt sowie dem Abstandzwischen dem Massenschwerpunkt unddem TCP ab.

Beispiel 1: Fräsen von Kreisen
Durch eine dynamische Auffederung in derX- und Y-Achse wird der Zapfen (R32 F10000)
zu groß bearbeitet. Veranschaulicht wird
dies beim Fräsen des Quadrats, das unterdem Zapfen liegt. Da seine Seitenlänge­exakt dem Durchmesser des Zapfens entspricht, tangiert idealerweise das Quadrat
den kreisförmigen Zapfen (Abbildung 3). Da
der Zapfen jedoch aufgrund der Auffederung
zu groß ist, wird beim Fräsen des darunterliegenden Quadrats ein Teil des Zapfens
weggenommen. Man sieht am Kreis eine
Abflachung (Abbildung 4).

S

F

Abbildung 1: Nickbewegung einer Achse

Diese Abweichungen werden von den Positionsmessgeräten nicht erfasst. Die Regelung der Vorschubachsen kann somit
nicht darauf reagieren.
Auswirkungen am Werkstück
Der Effekt zeigt sich am deutlichsten, wenn
der gleiche Punkt auf einem Werkstück einmal mit hoher und einmal mit niedriger Beschleunigung angefahren wird.

Abbildung 3: Zapfen auf Quadrat; mit CTC gefräst, keine Abflachung sichtbar

Abbildung 4: Auswirkung der elastischen­Auffederung (der zu große Zapfen wurde beim
­Fräsen des Quadrats abgeflacht)

Abweichungen (2 µm/div)

Sollkontur Zapfen
Y-Achse [mm]Beschleunigung (1 m/s2/div)

3

Position (100 mm/div)
2
1

Abweichung Zapfen (40 µm/div)

40
30
20

0
10
-1
0
-2
0

0.5

1

1.5

2

2.5

Zeit [s]Abbildung 2: Abweichung in Abhängigkeit von der Beschleunigung bei­Positionsänderungen

-10
-20
-30
-40
-40

-20

0

20

40

X-Achse [mm]Abbildung 5: Genauigkeit der Zirkularbewegung, die Abweichung von der
Sollkontur ist 500fach vergrößert dargestellt

4

In Abbildung 6 ist die Abweichung unvergrößert dargestellt. Man erkennt hier deutlich, dass die Auffederung eine Radiusvergrößerung in X-Richtung um ca. 5 µm
verursacht, wodurch beim Fräsen der darunterliegenden Fläche eine Abflachung am
Kreis von etwa 1,2 mm Breite entsteht.
Dies entspricht auch dem am realen Werkstück gemessenen Fehler.
Beispiel 2: Fräsen von Taschen, Auffederung quer zur Beschleunigungsrichtung
Beim Fräsen von Taschen kann es durch
beschleunigungsabhängige Verformungender Achsen quer zur Bewegungsrichtung
zu Marken auf der Oberfläche kommen(Abbildung 7). Durch den Beschleunigungsvorgang entsteht eine Nickbewegung. Der
Fräser wird kurzzeitig ins Material gedrückt.
Mit CTC wird diese störende Bewegung
verhindert (Abbildung 8).

Sollkontur Zapfen
Y-Achse [mm]Dieser Effekt des Auffederns ist in Abbildung 5 dargestellt. Dabei werden die aus
Messungen bekannten beschleunigungsabhängigen Abweichungen auf die Istbewegung aufgeschlagen. Die resultierende
Bahn zeigt aufgrund der unterschiedlichen
Verhältnisse in X- und Y-Richtung (Massen,
Maschinengeometrie usw.) eine leichte­Ellipse.

Kontur Zapfen

0.8

Kontur Quadrat

0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
−32.03−32.02−32.01−32−31.99−31.98−31.97

X-Achse [mm]Abbildung 6: Der Ausschnitt zeigt die Beschädigung des Zapfens beim
­Fräsen des Quadrats.

Kompensation durch CTC
Mit der Funktion CTC (Cross Talk Compensation) bietet HEIDENHAIN eine Steuerungsoption zur Kompensation der beschleunigungsabhängigen Positionsabweichungenam TCP. Die beteiligten Größen und Parameter sind entweder in der Steuerung bekannt (Beschleunigung) oder aber über ein
Messverfahren zu ermitteln (Maschinen­
steifigkeit).
Ohne die Maschine mechanisch zu verändern oder die Bearbeitungszeit zu erhöhen,bietet sich die Möglichkeit, genauer zu fertigen. Desweiteren ist mit CTC die erreichbare Genauigkeit unabhängig von den gefahrenen Beschleunigungen.

Abbildung 7: Bearbeitung ohne CTC

Auswirkungen in der Praxis
Mit Hilfe von CTC ließ sich an Testkonturen
die mit einem Kreuzgittermessgerät gemessene mittlere Abweichung um bis zu
80% reduzieren. Dies erlaubte es, den
Ruck (Maß für die Dauer des Beschleunigungsaufbaus) zu erhöhen und damit die
Bearbeitungszeit deutlich zu verkürzen.
Mit einer Erhöhung des Rucks um den­Faktor 2 konnten die Bahnzeiten um bis zu
15% verkürzt werden. Dennoch betrugen
die mittleren Abweichungen dank CTC nur
50% der Abweichungen, die ohne CTC erreicht wurden.
Abbildung 8: Bearbeitung mit CTC

5

AVD
Aktive Schwingungsdämpfung

Auf schrägen oder gekrümmten Flächen
kommt es häufig zu Oberflächenproblemen in Form von sichtbaren Schatten oder
Kontrastschwankungen. Sie wirken insbesondere störend, da das Auge bei den typischen Betrachtungsabständen von 30 cm
bis 60 cm für Kontrastschwankungen mit
einer Ortsperiode von 0,5 mm bis 5 mm
sehr empfindlich ist. Die Schatten können
auf grundlegend verschiedene Ursachen
zurückzuführen sein:• mechanische Schwingungen, die aus
Elastizitäten im Antriebsstrang oder der
Aufstellung der Maschine herrühren
• Positionsabweichungen innerhalb einer
Signalperiode (Interpolationsfehler) aufgrund des verwendeten Messgeräts­(siehe hierzu Technische Information­Perfekte Oberflächen durch HEIDENHAIN-Messgeräte).
In dieser Technischen Information werden die
Oberflächenfehler aufgrund mechanischer
Schwingungen betrachtet.

Periodische Schattierungen haben ihre
­Ursache zumeist in niederfrequenten
Schwingungen mit Frequenzen bis 100 Hz.
Bei den üblichen Schlichtvorschüben von3000 mm/min bis 6000 mm/min bilden
sich solche Schwingungen genau im Bereich dieser Ortsperioden ab. Bei entsprechendem Licht­einfall können dabei Konturabweichungen von 1 µm und kleiner
sichtbar werden.
Zwei häufige Ursachen für Störungen derOberflächenqualität sind:• Elastizitäten im Antriebsstrang
In Antriebssträngen kann es z.B. durch
elastische Verformungen des Kugelgewindetriebs oder Elastizitäten des Zahnriemens zu einer Schwingung zwischen
der Antriebsseite (Motor) und Abtriebsseite (Schlitten) kommen.
• Aufstellschwingungen
Aufstellschwingungen sind unvermeidbar. Typischerweise befinden sich Aufstellschwingungen im Frequenzbereichzwischen 10 Hz bis 30 Hz.

Sollkontur

Abweichungen ohne AVD (10 µm/div)

60

Abweichungen mit AVD (10 µm/div)

80
60

40

40

20

20

0

0

-20

-20

-40

-40

-60

-60

-80

-80
-50

0

50

X-Achse [mm]Abbildung 2 und 3: Abweichungen aufgrund von Schwingungen

6

Y-Achse [mm]Y-Achse [mm]Sollkontur
80

Abbildung 1: Aufstellschwingungen

-50

0

50

X-Achse [mm]

Konventionelle Gegenmaßnahmen
Schwingungen können durch Beschleunigungsvorgänge der Maschine oder durch
Einkopplungen über den Boden, durch den
Fräsereingriff sowie durch Momentenwelligkeiten des Motors angeregt werden. Anregungen durch Beschleunigungsvorgänge
können zwar durch Reduzieren des Rucks
verringert werden, dies führt jedoch zu längeren Bearbeitungszeiten.
Kompensation durch AVD
Die Funktion AVD (Active Vibration Damping) unterdrückt dominante niederfrequente Schwingungen (Aufstellschwingungen oder Elastizität im Antriebsstrang).
AVD ermöglicht ein schnelles und vibrationsfreies Fräsen. Durch die Unterdrückung
der aus Beschleunigungsvorgängen resultierenden Störungen können hohe Ruckwerte und damit höhere Beschleunigungenerreicht werden. Dadurch reduzieren sichdie Bearbeitungszeiten, ohne dass darunter
die Oberflächenqualität des Werkstücks­leidet.

Auswirkungen in der Praxis
Am Beispielwerkstück sind zwei Quadrate
in unterschiedlichen Winkeln zueinander
angeordnet. Die Beschleunigungsvorgänge
an den Ecken regen die X- und Y-Achse zu
Schwingungen an (Abbildung 2 und 3). Die
Schwingungsanteile senkrecht zur Werkstückoberfläche werden in Form von Schattierungen sichtbar (Abbildung 4). Die Periodenlänge von 2 mm bei einem Vorschub
von 2000 mm/min resultiert aus der gemessenen Aufstellschwingung mit 16,5 Hz.
Durch AVD konnte die Amplitude derSchwingung nahezu eliminiert werden­(Abbildung 5).
Um vergleichbare Oberflächen ohne AVD
zu erhalten, müssten die Ruckwerte um
Faktor 3 reduziert werden.
Fazit
AVD erhöht die Produktivität einer Werkzeugmaschine und/oder verbessert die
Oberflächenqualität der Werkstücke.

Abbildung 4: Schwingungen können die Oberflächenqualität signifikant­beeinträchtigen.

Abbildung 5: Mit AVD wird eine deutlich verbesserte Oberflächenqualität
erzielt.

7

PAC
Positionsabhängige Anpassung von­Regelparametern
Bedingt durch die Kinematik einer Maschine
ergibt sich, je nach Stellung der Achsen im
Arbeitsraum, ein variables dynamisches
Verhalten, das die Stabilität bzw. die Qualität der Regelung in Abhängigkeit der Achspositionen negativ beeinflussen kann.
Durch Verändern von Achspositionen ändern sich die Massenverhältnisse in einer
Maschine (siehe Abbildung). Des Weiteren
können sich positionsabhängig auch Steifigkeiten verändern, wie z. B. bei Kugelgewindeantrieben. Die veränderten Massenverhältnisse und Steifigkeiten führen zu
einer Verschiebung von Eigenfrequenzen
im Antriebsstrang. Dadurch ergibt sich­positionsabhängig ein variierendes Regelverhalten.

Durch positionsabhängige Filtereinstellungen und Reglerfaktoren kann die Regelung
optimal auf die Maschine eingestellt werden, um an jeder Position im Arbeitsraum
das beste Bearbeitungsergebnis zu erzielen.
Dazu kann die dynamische Genauigkeit an
den Positionen erhöht werden, die für den
Großteil der Bearbeitungen relevant ist.
Je höher die Reglerfaktoren gewählt werden können, desto besser können Störungen (z.B. Getriebefehler, Momentenwelligkeit des Motors,…) unterdrückt werden
und umso geringer wird der Schleppfehler.
Das bedeutet wiederum eine bessere Konturtreue.

Vorteile mit PAC
Mit der Option PAC (Position Adaptive Control) von HEIDENHAIN können Maschinenparameter in Abhängigkeit von den Achspositionen verändert werden. Dies erlaubt
die volle Ausnutzung der Maschinendynamik.

Schleppfehler [µm]Als Maß für die Güte der Regelung kannder Schleppfehler dienen. Er ist ein Indikator dafür, wie gut die Regelung einer Sollkontur nachfährt.

Konventionelle Maßnahmen
Die Regelkreise der Achsen müssen immer
so abgeglichen werden, dass sie an jeder
möglichen Position stabil und robust arbeiten. Es ist deshalb immer ein Abgleich auf
die schwächste Position notwendig. Häufig
befinden sich diese Positionen am Rand
des Verfahrbereichs (Randbereich des Bearbeitungsraums, Werkzeugwechsler, Belade­position des Tisches usw.). Im Zentrum desBearbeitungsraums, in dem der Großteil
der genauigkeitskritischen Bearbeitungenstattfindet, könnte die Reglerdynamik unddie daraus resultierende dynamische Genauigkeit deutlich erhöht werden.
Durch den Abgleich auf die schwächste­Position bleibt Potential zur Verbesserung
der dynamischen Genauigkeit ungenutzt.

Schleppfehler
Sollvorschub (informativ)

Zeit [s]Schleppfehler [µm]Regelung optimiert für Z = 0, Schleppfehler innerhalb des Toleranzbandes (± 1 µm)

Schleppfehler ohne PAC
Schleppfehler mit PAC
Sollvorschub (informativ)

Zeit [s]Regelung bei Z = -500
• ohne PAC: mit deutlich erkennbaren Schwingungen und Schleppfehler außerhalb des Toleranzbandes (± 3 µm)• mit aktiver PAC: Schleppfehler innerhalb des Toleranzbandes (± 1 µm)

8LAC
Lastabhängige Anpassung von­Regelparametern
Bei Maschinen mit bewegten Maschinen­tischen kann deren dynamisches Verhalten
in Abhängigkeit der Masse (Linearachse)
bzw. Massenträgheit (Rundachse) des aufgespannten Werkstücks variieren. Die Werte
für die Reibungs- und Beschleunigungsvorsteuerung einer Achse gelten nur für die
Masse bzw. für die Massenträgheit, diewährend des Abgleichvorgangs vorhanden
war. Bei einer anderen Beladung passen
die Vorsteuerwerte nicht mehr zur tatsächlichen Situation. Dies äußert sich in einem
vergrößerten Schleppfehler während derBeschleunigungsphasen. Dadurch kann eshier zu Konturabweichungen kommen.
Konventionelle Maßnahmen
Für unterschiedliche Beladungssituationen
können Maschinenhersteller Parametersätze vorbereiteten, die über einen Zyklusaufruf aktiviert werden können. Dadurch reduzieren sich zwar die Schleppfehler, abhängig
von den Beladungsstufen bleiben aber immer noch Restfehler übrig.

Kritischer ist die Situation bei einem Rundtisch. Hier ist für die Parametrierung der
Vorsteuerung die Trägheit und nicht die
Masse relevant. Durch ungünstige Aufspannung kann sich bei gleicher Masse das
Massenträgheitsmoment problemlos vervielfachen.

Weitere Vorteile von LAC
Durch Alterung von Maschinenkomponenten wie z.B. Führungen oder Kugelgewindetriebe können sich die Reibkräfte überdie Lebensdauer einer Werkzeugmaschine
stark verändern. Somit ist die im Auslieferungszustand optimal eingestellte Vorsteuerung nach einigen Jahren nicht mehr gültig.
Mit der Option LAC wird permanent ein optimaler Abgleich der Achse erreicht.
Aber auch sich schnell ändernde Reibverhältnisse, die sich zum Beispiel bei Gleitführungen aus Schmierimpulsen ergeben,
können durch LAC optimal kompensiert
werden.

Kompensation durch LAC
Mit der Option LAC (Load Adaptive Control)von HEIDENHAIN ist die Steuerung in derLage, die aktuelle Masse bei Linearachsen
bzw. Massenträgheit bei Rundachsen sowie die aktuellen Reibkräfte automatisch zu
ermitteln. Um das geänderte Regelverhalten bei unterschiedlicher Beladung zu optimieren, können adaptive Vorsteuerungenbezüglich der Beschleunigung, des Haltemoments, der Haftreibung und der Reibung bei hoher Drehzahl aufgeschaltet
werden. Die Steuerung ist auch während
der Bearbeitung des Werkstücks in derLage, die Parameter der adaptiven Vorsteu-

Schleppfehler [0,001°]

Typisch sind z. B. zwei Parametersätze für
die Beladungsstufen 0 bis 150 kg (Abgleich
mit 75 kg) und 150 kg bis 500 kg (Abgleich

erung kontinuierlich an die aktuelle Masse
bzw. Massenträgheit des Werkstücks anzupassen. Die Adaptionsgeschwindigkeit
wird mittels Parameter vorgegeben. Da derMaschinenbediener den Beladungszustandnicht selbst bestimmen muss, sind Bedienungsfehler ausgeschlossen.

mit 325 kg). Im ungünstigsten Fall weichthier die tatsächliche Masse von der abgeglichenen Beladungssituation um bis zu
175 kg ab.

Schleppfehler
Sollvorschub (informativ)

Zeit [s]Schleppfehler [0,001°]

Optimale Vorsteuerung für Rundtisch ohne Zuladung mit Schleppfehler innerhalb des Toleranzbandes (± 0,001°)
Schleppfehler ohne LAC
Schleppfehler mit LAC
Sollvorschub (informativ)

Zeit [s]Zuladung verändert• ohne LAC: bei unveränderter Vorsteuerung ist Schleppfehler außerhalb des Toleranzbandes (± 0,008°)• mit LAC: bei Vorsteuerung mit aktiver LAC ist Schleppfehler innerhalb des Toleranzbandes (± 0,001°)

9

MAC
Bewegungsabhängige Anpassung vonRegelparametern
Das Maschinenverhalten kann sich nicht
nur abhängig von der Stellung der Achsen
im Arbeitsraum sondern auch abhängig vonder Geschwindigkeit ändern. Dies ist unter
anderem auf den Einfluss der Geschwindigkeit auf die Reibung in Führungen zurückzuführen. Veränderte Reibverhältnisse
können sich auf das Schwingungsverhalten
einer Werkzeugmaschine auswirken. Eine
optimale Reglereinstellung, die typischerweise für den Stillstand durchgeführt wird,
kann im Eilgang zu einer starken Schwingung führen.
Darüber hinaus lässt sich mit MAC die Vorspannung für einen Zahnstangenantrieb
mit zwei unabhängigen Vorschubmotoren
bequem geschwindigkeitsabhängig verändern.

Vorteile mit MAC
Beispiel 1
Die Option MAC (Motion Adaptive Control)
bietet die Möglichkeit, Maschinenparameter in Abhängigkeit von anderen Eingangsgrößen wie Geschwindigkeit, Schleppfehleroder Beschleunigung eines Antriebs zuändern. Durch diese bewegungsabhängige
Anpassung der Regelparameter kann bei
Antrieben, deren Stabilität sich durch die
unterschiedlichen Verfahrgeschwindigkeiten ändert, z. B. eine geschwindigkeitsabhängige Anpassung des kV-Faktors realisiert werden. Dadurch kann für jede
Bearbeitungssituation die optimale Reglereinstellung verwendet werden. Dies ermöglicht eine optimale Störunterdrückung
und verbessert das dynamische Verhalten
der Maschine.

ohne MAC

mit MAC

M

M

Mmax

Mmax

MV1

MV1




a
a1max

MV2

10

Beispiel 2
Ein weiterer Anwendungsfall ist die beschleunigungsabhängige Änderung desVerspannmoments zwischen Master- undSlave-Achse bei der Momenten-MasterSlave-Regelung. Mit der Option MAC kannbei dieser Anordnung, z.B. durch eine mit
zunehmender Beschleunigung parametrierte
Reduzierung des Verspannmoments, eine
deutlich höhere Maximalbeschleunigung bei
Eilgangbewegungen erreicht werden.
Durch eine Reduzierung des Verspannmoments im Stillstand wird des Weiteren derWärmeeintrag in die Maschine deutlich vermindert und somit auch temperaturbedingte Verformungen bzw. Verschiebungen reduziert.

aa1max a2max

a2max > a1max

MV2

Dynamic Precision
Funktionen ergänzen sich optimal

Die unter Dynamic Precision zusammengefassten Funktionen ergänzen sich gegenseitig optimal. Eine einfache Beispielkontur– sie ist in den Grafiken jeweils schwarz
dargestellt – zeigt dies für CTC und AVD. Die
Abweichungen am TCP wurden mit einem
Kreuzgittermessgerät bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 10000 m/s aufgezeichnet.
In der Grafik sind die Abweichungen vonder Kontur um den Faktor 500 verstärkt
dargestellt.
In Abbildung 1 sind die Abweichungen vonder Sollkontur als rote Linie eingezeichnet.
Gerade in den Beschleunigungsphasen an
den Ecken weisen sie aufgrund der hohen
Geschwindigkeit recht hohe Werte auf.

Abbildung 2 vergleicht den Ausgangszustand (rote Linie: ohne Dynamic Precisionbei 100% Ruck) mit der Bearbeitung mit
Dynamic Precision und 200% Ruck (grüne
Linie). Hier wird deutlich, dass durch Dynamic
Precision bei hoher Dynamik eine immer
noch um Faktor 2 bessere mittlere Abweichung erreicht wird. Durch die Verdoppelung des Rucks konnte des Weiteren die
Bahnzeit bei dieser Kontur um 12% reduziert werden.

1,04 s

CTC ein
AVD einR100%

0,4 µm

1,04 s

CTC ein
AVD einR200%

0,6 µm0,91 sFazit
Mit Dynamic Precision bearbeiten Sie deutlich genauer oder – wenn der Ruck erhöht
wird – genauer und schneller.

mit CTC/AVD, 200% Ruck
15
10

5

5

0

0

-5

-5

-10

-10

-15

-15

-5

2,6 µmohne CTC/AVD, 100% Ruck

10

-10

CTC aus
AVD aus
R100%

Sollkontur

15

-15

Zeit

ohne CTC/AVD, 100% Ruck
mit CTC/AVD, 100% Ruck0

Mittlere­Abweichung

Sollkontur
Z-Achse [mm]Z-Achse [mm]Mit Dynamic Precision, hier durch Zuschalten der Optionen CTC und AVD, werdendiese Abweichungen kompensiert (grüne
Linie). Die Bearbeitung erfolgt bei gleich
hohem Vorschub wesentlich konturtreuer.
Aufgrund der reduzierten Abweichungenkann der Ruck erhöht werden, um ein dynamischeres Verhalten der Maschine zu erreichen.

Hohe Rucke regen die Maschine stärker an.
Die dadurch entstehenden Schwingungenkönnen sich am Werkstück als Schattierungen zeigen. Diese stärkeren Schwingungenwerden wiederum durch die Option AVD
verringert.

0

5

10

15

Y-Achse [mm]Abbildung 1: Abweichungen ohne und mit Dynamic Precision bei
100% Ruck

0

-15

-10

-5

0

5

10

15

Y-Achse [mm]Abbildung 2: Abweichungen ohne Dynamic Precision bei 100% Ruckund mit Dynamic Precision bei 200% Ruck

11

HEIDENHAIN-Steuerungen

Steuerungen für Fräs-, Fräs-Dreh- undBohrmaschinen sowie Bearbeitungszentren
Die TNC-Steuerungen von HEIDENHAIN
bilden eine durchgängige Linie: Von der einfachen, kompakten 3-Achs-Streckensteuerung TNC 128 bis hin zur Bahnsteuerung
iTNC 530 (bis 18 Achsen plus Spindel) lässt
sich nahezu jeder Anwendungsfall abdecken. Mit der TNC 640 steht auch eine
Steuerung für die Fräs-Dreh-Bearbeitung
zur Verfügung.
Die HEIDENHAIN-TNCs sind vielseitig:
werkstattgerecht in der Bedienung, aberauch extern programmierbar und somit für
die automatisierte Fertigung geeignet. Einfache Fräsbearbeitungen bewältigen sie
ebenso zuverlässig wie z. B. TNC 640 und
iTNC 530 das Hochgeschwindigkeitsfräsen– mit besonders ruckgeglätteter Bewegungsführung – oder die 5-Achs-Bearbeitung mit Schwenkkopf und Rundtisch.
Innovative Steuerungsfunktionen zur hochgenauen und effizienten Bearbeitung fasst
HEIDENHAIN unter den Oberbegriffen
Dynamic Efﬁciency und Dynamic
Precision zusammen.
Dynamic Efﬁciency unterstützt den
Anwender, die Schwerzerspanung und
die Schruppbearbeitung effizienter, aberauch prozesssicherer zu gestalten.
Dynamic Efﬁciency ist auf den Steuerungen TNC 640 und iTNC 530 verfügbar.
Dynamic Precision ermöglicht genauere
Werkstücke mit sauberen Oberflächen bei
schneller Bearbeitung, also hohe Präzision
bei hoher Produktivität. Die Software-Optionen von Dynamic Precision können Sie
mit TNC 640, iTNC 530 und TNC 620 nutzen.

TNC 640iTNC 530

TNC 620

TNC 640

iTNC530

TNC 620x

x

x

CTC – Kompensation von Positionsabweichungen durch Nachgiebigkeiten

OptionOptionOption

AVD – Aktive Schwingungsdämpfung

OptionOptionOption

PAC – Positionsabhängige Anpassung
von Regelparametern

OptionOptionOptionLAC – Lastabhängige Anpassung vonRegelparametern

OptionOptionOptionMAC – Bewegungsabhängige Anpassung von Regelparametern

OptionOptionOptionxx–

ACC – Aktive Ratterunterdrückung

OptionOptionOptionAFC – Adaptive Vorschubregelung

OptionOption–Wirbelfräsen

•

•

•

Dynamic Precision

Dynamic Efﬁciency

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1081196-10 · 10 · 9/2013 · F&W · Printed in Germany

Weitere Informationen:• Katalog TNC 640• Katalog iTNC 530• Katalog TNC 620• Technische Information
Dynamic Efﬁciency