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Die technologischen Vorteile fünfachsiger Werkzeugmaschinen in Bezug auf die Fertigung geometrisch komplexer Werkstücke sind Grund für den zunehmenden Einsatz dieser Maschinen in der Produktion. Wegen der nicht vermeidbaren geometrischen Fehler der einzelnen Achsen ist eine Optimierung der resultierenden Maschinengenauigkeit erforderlich. Hierzu werden die Fehler messtechnisch identifiziert und mittels der Steuerung korrigiert. Die Durchführung der verfügbaren Kalibrierverfahren ist allerdings mit hohen Zeitaufwänden verbunden. Aus wirtschaftlichen Gründen sind Optimierungsprozesse gefordert, die eine Steigerung der Maschinengenauigkeit bei signifikant reduziertem Aufwand ermöglichen. Daher stellt sich die Frage, inwiefern durch die Ermittlung und Korrektur einer begrenzten Menge dominanter Fehler die erforderliche Steigerung der Genauigkeit erzielt werden kann. Der Stand der Technik zeigt, dass entsprechende Ansätze bisher nicht konsequent analysiert wurden.

An dieser Stelle setzt diese Dissertation an, indem ein übergeordneter Prozess zur Optimierung der Genauigkeit konzipiert und analysiert wird. Dieser umfasst eine Strategie zur Durchführung der Optimierung sowie ein Kalibrierverfahren zur Identifikation der Fehler.

Das Ziel der Optimierungsstrategie ist die Definition einer Rangfolge. Diese gibt vor, in welcher Reihenfolge die Fehler zu behandeln sind, um mit wenig Aufwand die erforderliche Steigerung der Genauigkeit zu erreichen. Hierzu werden auf Basis der Wirkung der Fehler und in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen unterschiedliche Strategien ausgearbeitet und bewertet. Die Bewertung erfolgt simulativ und messtechnisch sowie durch Fertigung von Prüfwerkstücken. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Rangfolge nur unter bestimmten Voraussetzungen definiert werden kann.

Das Kalibrierverfahren dient der durchgängigen messtechnischen Identifikation der Fehler zur Umsetzung der Optimierungsstrategie. Die Grundlage ist ein modellbasierter Ansatz. Die Fehler bzw. Unbekannten werden durch B-Spline-Funktionen substituiert. Die Erfassung der erforderlichen Messdaten erfolgt mit einem 3D Tastkopf. Die Qualifizierung des Kalibrierverfahrens basiert auf simulativen Analysen sowie einem praktischen Funktionsnachweis. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Parameterwahl das Kalibrierverfahren bedarfsgerecht angepasst und die Kalibriergenauigkeit gezielt gesteuert werden kann. Zudem zeigen sich deutlich reduzierte zeitliche Aufwände gegenüber dem Stand der Technik.