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Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Institutsprofil
Institut für Fertigungstechnik
u. Hochleistungslasertechnik
Vorstand Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 28. Februar 2013
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Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Überblick
1 Institutsorganisation
2 Arbeitsgruppen
3
4
IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte
researchTUb - Tätigkeitsfelder
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Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
IFT - Organisation und Forschungsbereiche
Institut für Fertigungstechnik
und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Fertigungs-
automatisierung Technologie
Produktionsmess-
technik u. Qualität
Werkzeugmaschinen u.
Fertigungssysteme
Labor für
Produktionstechnik
Präzisionsmesslabor
Labor für
Fertigungstechnik
Laser- und
Umformtechnik
Automatisierungstechnik
NC-Steuerungstechnik
Mechatronik
Robotik
Fertigungsleittechnik
Produktionsplanung und
-steuerung
Produktionsqualität
Produktionsmesstechnik
Entwicklung von
Messtechnikapplikationen
Nanometrologie
GPS - Geometrische
Produktspezifikation
Laserbearbeitung
laserunterstütztes
Umformen
Laser- und
Optikentwicklung
Technologieentwicklung u.
-optimierung
spanende und
umformende Fertigung
elektro-chemische Verf.
adaptronische Verfahren
hybride Verfahren
Auslegung u. Optimierung
von Werkzeugmaschinen
Anlagenkonzepte
Layoutplanung
Handhabungstechnik
messtechnische Evaluierung
Labor für Laser-
und Umformtechnik
Forschungsbereich
Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Forschungsbereich
Lasergestützte Fertigung Univ.Prof.Dr.Ing. A. Otto
Innovations- und
Applikations-
Labor
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Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
IFT - Ausrichtung in Forschung und Lehre
Institut für Fertigungstechnik
und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Grundlagenforschung, experimentelle Forschung
Grundlagenausbildung und Vertiefung, Studienarbeiten, HIWI
Forschungsbereich
Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Anwendungsorientierte Forschung, Auftragsforschung
Best-In-Class-Implementation und Applikation
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Überblick
1 Institutsorganisation
2 Arbeitsgruppen
3
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IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte
researchTUb - Tätigkeitsfelder
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IFT - Arbeitsgruppen
Produktionsmesstechnik
und Qualität ao.Univ.Prof. Dr. N. Durakbasa
Ing. Nirtl
Produktionsqualität
Produktionsmesstechnik
Nanometrologie
GPS – Geometrische Produktspezifikation
Fertigungsautomatisierung ao.Univ.Prof. Dr. B. Kittl
DI Ch. Habersohn
NC-Steuerungstechnik
PLC, IPC, Kommunikation
Mechatronik
Fertigungsleittechnik
Produktionsplanung und -steuerung
digitale Fabrik
virtuelle Produktion
Technologie Univ.Prof. Dr. F. Bleicher
DI J. Bernreiter
Werkzeugmaschinen und
Fertigungssysteme Univ.Prof. Dr. F. Bleicher
ao.Univ.Prof. Dr. B. Katalinic/DI T. Mikats spanende Fertigung - geometr. best. Schn.
spanende Fertigung - geometr. unbest. Schn.
chemische, elektro-chemische Verfahren
Rapid Prototyping
adaptronische Verfahren
hybride Verfahren
Werkzeugmaschinenstrukturen
Mehrprozessmaschinen
Handhabungstechnik und Robotik
Technologieintegration (hybride Systeme)
Layout und Anlagenkonzepte
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Arbeitsgruppe Präzisionsmesstechnik und Qualität
Taktile Hochpräzisions-
messungen in 3 Ebenen mit
Koordinatenmessmaschinen
Verschleißdokumentation
von Schneidkanten
3D-Vermessung komplexer
Bauteile
Optische Schneidkanten-
vermessung mit
Fokusvariation
Härteprüfung nach Vickers
Messung von Oberflächen-
rauhigkeiten
Hartdrehen, Längsbearb.
Nach 2 Schnitten:
Schnittlänge = 318mm
Hartdrehen, Längsbearb.
Nach 6 Schnitten:
Schnittlänge = 955mm
Hartdrehen, Längsbearb.
Nach 4 Schnitten:
Schnittlänge = 336mm
Hartdrehen, Längsbearb.
Nach 24 Schnitten:
Schnittlänge = 3821mm
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/3a/Crater_wear.png
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Arbeitsgruppe Fertigungsautomatisierung
Steuerungskonzepte
Optimierung von
Steuerungen
NC Programmierung und
Simulation, CAM
Softwareentwicklung für
Maschinenbau
Flexible Automation – Robot
Aided Reconfiguration
Maschinen
Systemintegration - Adaptive
manufacturing
Robotik im Bauwesen
Produktionsmesstechnik
Maschinenvermessung und
Kalibrierung
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Arbeitsgruppe Technologie
Zerspanung mit geometrisch bestimmten
Schneiden
Zerspanung mit geometrisch
unbestimmten Schneiden
Montagetechnik
Grundlagenforschung zu
Fertigungstechnologien, wie z.B.
Festklopfen, Zerspanung von
Faserverbunden
Verfahrensentwicklung und -optimierung
Verschleißuntersuchung
Kühlschmiertechnologie
Mengenoptimierung
Trockenbearbeitung
Messtechnische Prozessuntersuchung
(Zerspankraft, Temperatur)
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Arbeitsgruppe Werkzeugmaschinen u. Fertigungssysteme
Entwicklung von
Werkzeugmaschinen
Auslegung und Simulation von
Werkzeugmaschinen (CAD-FEM)
Messtechnische Untersuchung
von WZM-Strukturen
Optimierung von
Maschinenkomponenten
Simulation (FEM)
Statische und dynamische
Analysen
Energieeffizienz
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Überblick
1 Institutsorganisation
2 Arbeitsgruppen
3
4
IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte
researchTUb - Tätigkeitsfelder
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Ausgewählte Forschungsschwerpunkte
3.1 Schlagverdichten
3.2 Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen
3.3
3.4
Schwingungsunterstützte Bearbeitung
Ultraschallunterstützte Schleifen
3.5 Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen
3.6 X-CUT
3.7
3.8
Inversbearbeitungsmaschine
Energieeffizienz
3.9 Komplettbearbeitung komplexer Bauteile
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Schlagverdichten (1)
Druckeigenspannungen
Prozessparameter
Härtesteigerung Oberflächen-
topographie
Materialverhalten
Maßgebliche Effekte
Effekte
Einbringen von Druckeigenspannungen
Härtesteigerung
Oberflächenglättung
gezielte Oberflächenstrukturierung
mechanisches Legieren
um etwa 30% reduzieren.
Bild 1: a) Aktuator b) Gefräste (links) und geklopfte (rechts) Oberfläche
Lagerung
Tauchspule
Magnet
Kolben
Hartmetall-
kugel
Rückstellfeder
(a) (b)
elektro-
mechanischer
Aktor
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Schlagverdichten (2)
Oberflächenglättung und -strukturierung
Einbringung von Druckeigenspannungen
Vor Schlagverdichten: Nach Schlagverdichten:
MHP
Probenmaterial: AISI 52100 (100Cr6)
Zweckmäßig geformte Stößelspitzen
Gezielte Strukturierung (Riblet-Strukturen)
Oberflächenglättung spielgelglatte Oberflächen
Durch Prozessparameteroptimierung
keine Höhendifferenz (Aufmaß)
Riblet-Strukturen (Al):
Eigenspannungen an der Oberfläche -1064,8 MPa
Maximal Wert (z=6µm) -1150 MPa
Einbringungstiefe (Nulldurchgang) 945 µm
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Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen
Rohmaterial Form-
gebung
Aushärten Bearbeitung Verbind-
ungstechnik
Montage Werkstück
Böllhoff Jaguar DPA
Voraforce BMW High-Z
Prozesskette der CFK-Bauteilfertigung
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Schwingungsunterstützte Bearbeitung (1)
Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik
mehrachsige Bewegung
VT: verbesserter Spanbruch, Kühlung der Werkzeugschneide
sind aerostatisch gelagert und werden von 32 Piezo-Elementen betätigt.
Bild 1: Zweiachsiger Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik
Beschleunigung
Bediener
Steuerung
Hub
Generator
Piezo-Aktor (2 Stacks)
x
y
Beschleunigungssensor
Positions-
sensor X
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Drehbearbeitung, f = 178 Hz, A = 10 µm, Luft-Kühlung
Material X2CrNiMoN22-5-3, D = 76,4 mm
Werkzeug HC - CVD
Schnittgeschw. vc = 60 m/min Vorschub f = 0,05mm
Schnitttiefe ap = 0,2 mm
Schwingungsunterstützte Bearbeitung (2)
Werkstück-
Oberfläche
mit Vibrations-
unterstützung
ohne Vibrations-
unterstützung
32 Piezo-Stacks
Hub X/Y = 20µm/20µm
Steifigkeit = 14N/µm
fmax = 500Hz
verschiedene Schwingformen
f
9µ
m
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kleiner als ein Mikrometer ausfällt. Die folgende Abbildung zeigt die Aktorik.
Bild 1: Geschwindigkeitsanteile an der Schneide bei der US-unterstützten Zerspanung
Die tatsächliche Amplitude am Schneideneingriff resultiert aus einer
Ultraschall-
schwingung
Rotation
Werkzeug
Vorschub
Werkstück
Werkzeug
Piezo-Aktoren Werkzeughalter
US-unterstütztes Schleifen (1)
vw … Werkstückgeschwindigkeit
rs … Radius des Schleifwerkzeuges
s … Winkelgeschwindigkeit des WZ
AUS … Amplitude der Ultraschallvibration
fUS … Frequenz der Ultraschallvibration
0 … Phasenverschiebung der US-Vibration
02
tfA
tr
trtv
tz
ty
tx
ts
USUS
ss
ssw
sin
cos
sin
)(
)(
)(
)(
Trajektorie s(t) eines einzelnen Kornes:
fUS = 19.691 Hz
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US-unterstütztes Schleifen (2) - Verschleiß
1
2
500 µm 1 mm
1 mm 1 mm
durchschnittlicher WZ-Verschleiß:
mit US: 14mm³/Korn
ohne US: 3,5mm³/Korn
Schleifstift
2mm ohne US
Schleifstift
2mm mit US
Schleifstift
4mm mit US
Schleifverhältnis G:
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Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen
1990 2000 2010
Zielsetzung: Steigerung der Produktionseffizienz
Reduktion der
Nebenzeiten
Erhöhung der
Flexibilität
Erhöhung der
Produktivität
Erhöhung der
Gesamteffizienz
Parallelkinematik Doppelspindler
Roboterfräsen
Transferzentren Transferzentrum
neue Generation
neue PKM
Videos und Bilder: Krause&Mauser, Fill, IFT
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X-CUT (1) - Parallelkinematik
Hochgradig parallele Struktur (Pg = 2) für zweiachsige Anwendung, die
dritte Achse liegt vorzugsweise auf der Werkstückseite
Verdoppelung der kinematischen Ketten in Form zweier
Koppelgetriebe zu einer statisch überbestimmten Kinematik
Das nichtlineare Übertragungsverhalten einer Teilstruktur wird durch
die umgekehrte zweite Schere aufgehoben:
radeFreiheitsgder Anzahl
Kettenhen kinematiscder AnzahlgP
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Kalkulation der statischen und dynamischen Struktureigenschaften
X-CUT (2) - Auslegungsmethodik
rechter Schlitten
unten
rechter Schlitten
oben
Gekoppelte Simulation mit Matlab/Simulink©
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X-CUT (3) - Vorteile
Reine Drehgelenke statt Kardangelenke wie bei Hexapod-Strukturen
Nur sieben Drehachsen (statt z.B. 30 bei einem Hexapoden mit F=6)
Stat. Überbestimmung erlaubt Vorspannung des Mechanismus und ermöglicht so
Erhöhung der Steifigkeit
Spielfreies Gesamtsystemverhalten
Minimierung der Bahnabweichungen
Optimierung der dynamischen Eigenschaften
Auto-Kalibrierung durch redundantes Messsystem möglich
Im Eilgang können alle vier Antriebe in eine Richtung zusammenwirken
Schmaler Bauraum in X- und Z-Richtung
Standort ist das Labor für Produktionstechnik des IFT
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Inversbearbeitungsmaschine - FEM Simulation
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Energieeffizienz in der Produktion
GEBÄUDE
IDENTIFY energy
consumers
OPTIMIZE energy
consumption
MONITOR energy
consumption
IFT-Strategie für eine nachhaltige CO2 - Reduktion
ISO 50001
PROZESSKETTE
NAHTSTELLE
Wesentliche
Energieaspekte
ermitteln
Energiepolitik
Energieziele
Planung
Überprüfung
Korrektur- und
Vorbeugemaßn.
Einführung und
Umsetzung
Management-
bewertung
Zertifizierung
Kontinuierliche
Verbesserung
Plan
Check
Act Do
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Komplettbearbeitung komplexer Bauteile
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Technische Universität Wien
Überblick
1 Institutsorganisation
2 Arbeitsgruppen
3
4
IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte
researchTUb - Tätigkeitsfelder
researchTUb Manufacturing Innovation
Wien, Oktober 2012
Eine Technologietransfereinrichtung der
http://researchtub.at/
http://www.wirtschaftsagentur.at/http://researchtub.at/
Entwicklung der smart-factory Laboratory for High Tech Manufacturing
Internationale Vernetzung von Aspern IQ
Projekt MINERVA – Fertigungstechnik 2020: innovativ, flexibel, wandlungs-fähig
Hochleistungs-bearbeitung
Bearbeitung neuer Werkstoffe
Einsatz von Hilfsstoffen
Einsatz und Wartung von Kühlschmierstoffen
Tätigkeitsfelder
Energie- und Ressourcen-effiziente Fertigung
Technologie-monitoring
smart city
smart grids
e-Mobility
e-Bike: Entwicklung eines Fahrrades als Technologieträger
Lebensmittel-industrie
Medizintechnik
TECHNOLOGIE smart-factory
(Foto: Florian Lehr)
ENERGIE & RESSOURCEN BIOTECHNIK
mi+ Lab
Entwicklung und Umsetzung eines Labors als Demonstrationsfertigung (Eröffn. am 31.10.2012)
Innovations- und Applikationslabor
500 m²
OG EG
Technologieinnovationen
Neue Werkzeugmaschinenkonzepte
Flexible, wandlungsfähige Produktion durch plug-
and-produce
Energie- und ressourceneffiziente Fertigung
Digitale Fabrik (papierlose Prozesse)
Demo-Produkt und Technologieträger e-bike
Laborausstattung
Hermle C 42 MT Haas VF2 EMCO MAXXTURN
Zoller Venturion 600
ABB IRB 2600
Alicona IF Edgemaster OPC-UA Zellensteuerung
CAD/CAM PLM, ERP, … Zoller Pilot 3.0 MR-CM
Pneumatik Aktorik Antriebs-/Steuerungstechnik Messtechnik
Qualität
http://www.siemens-home.com/at/http://www.siemens-home.com/at/
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Technische Universität Wien
Kontakt
Institut für Fertigungstechnik
und Hochleistungslasertechnik
Karlsplatz 13/311
1040 Wien
Austria
Tel.: +43-(0)1-58801-31101
Fax: +43-(0)1-58801-31199
E-Mail: sec@ift.at
Homepage: http://www.ift.at