8. Vorlesung - iwf.tu-berlin.de · Asynchron-Drehstrommotor Gleichstrommotor mit...

Folie 1

Fertigungssystem HSC und HP/UP

SS 2012 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

8. Vorlesung


Folie 2



Inhalt der Vorlesung

• High Speed Cutting (HSC)

Grundlagen HSC

Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen

Hochgeschwindigkeitsdrehmaschinen

• Hoch- und Ultrapräzisionsbearbeitung (HP/UP)

Grundlagen HP/UP

HP-Bearbeitung

UP-Bearbeitung

• Mikrobearbeitung

Folie 3



Geschwindigkeiten

erhöhen

Genauigkeiten

erhöhen

Werkstoffspektrum

erweitern

Ressourcen-

verbrauch minimieren

Ziele Wege

Flexibilität

erhöhen

High Speed Cutting (HSC)

Hartbearbeitung

Trockenbearbeitung,

Mikrobearbeitung

Ultra- und Hoch-

Präzisionsbearbeitung

UP/HP

Flexible Fertigungs-

systeme

Entwicklungstrends

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-

Bearbeitung Mikrobearbeitung

HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 4



- hohe Schnittgeschwindigkeiten

- große Vorschubgeschwindigkeiten

(bis 50 m/s)

- große Beschleunigung in den

Vorschüben (bis 5 g)

- hohes Zeitspanvolumen

- geringe Schnittkräfte

- hohe Oberflächenqualität

- adiabate Zerspanung

- hohe anregende Frequenzen

HSC (High Speed Cutting)

Anforderungen:

HSC-Bearbeitung

Konventionelle Bearbeitung

Spindeldrehzahl [min-1]

Vo

rschu

bge

schw

indig

keit [m

/min

]

80

70

60

50

40

30

20

10

0 10.000 30.000 40.000 50.000 60.000 20.000

Entwicklung der HSC-Bearbeitung

Maschinen für die HSC-Bearbeitung

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Video: HSC Drehen hochharter Werkstoffe

TiAl Drehen2.avi

Folie 5



Schnittgeschwindigkeit vC [m/min]

Faserverstärkte

Kunststoffe

Aluminium

Bronze,

Messing

Guss

Stahl

Titan

Nickelbasis-

legierungen

10 100 1.000 10.000

Übergangs-

bereich

HSC-Bereich

Schnittgeschwindigkeiten beim HSC-Fräsen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 6



Polieren

Montieren

Probepressen

Polieren

Montieren

Probepressen

Demontieren

Erodieren

Elektroden-

fertigung

Kopierfräsen

Kopiermodell-

herstellung

Konstruktion / AV

Konventionelle Fertigungstechnik (100 %) HSC (48 %)

Konstruktion / AV

mit CAD/CAM

HSC-

Fräsen Einsparung

52 %

Polieren

Montieren

Demontieren

Polieren Montieren Probepressen

Einsparungen in der gesamten Prozesskette am Beispiel der Presswerkzeugherstellung eines PKW-Kotflügels

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: VW-AG

Folie 7



Gestell aus

Reaktionsharzbeton

Hochfrequenzspindel

Querträger als

Schweißkonstruktion

Z-Achse mit Linearmotoren

X-Y-Kreuztisch als Schweißkonstruktion

1. Hochfrequenzspindel

2. Zentralrohr

3. zwei Synchronlinearmotoren

4. permanentmagnetische

Sekundärteile

5. Rollenprofilwälzführungen

6/7. Gewichtsausgleichsystem

Z-Achse mit HF-Spindel

Konstruktive Merkmale von HSC-Fräsmaschinen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Fa. exeron GmbH

FVK Bauteile

Abbildungen aus

dem Versuchsfeld

mit einbringen

Folie 8



Größe

Komplexität

Stückzahl

Oberflächengüte

Produktivität

Schnittgeschwindigkeit Typische Anwendung

Beschleunigung

Vorschubgeschwindigkeit Hauptspindelleistung

Drehzahl

klein bis mittel sehr hoch, Freiformflächen

gering, oft nur 1 Teil

hoch (optische Qualität)

hoch

bis ca. 300 m/min Schlichten, Vorschlichten

sehr hoch

sehr hoch gering

sehr hoch

groß bis sehr groß

gering, Taschenfräsen

mittel

gering

sehr hoch

bis ca. 5500 m/min Schruppen, Schlichten

sehr hoch sehr hoch

sehr hoch

mittel

Werkzeug- und

Formenbau Flugzeugbau

Bauteile Spritzgießwerkzeuge Integralbauteile

Formtoleranzen ca. 5 µm bis 15 µm

Werkstoffe hochlegierte Stähle Aluminium

Anwendungsbereich bestimmt Anforderungsprofil

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 9



3-Achsbearbeitung

5-Achsbearbeitung

HSC-Fräsmaschinen für Werkzeug- und Formenbau

MIKROMAT

10 V HSC

Droop + Rein

FOGS Baureihe

MAP

LPZ 500

Spinner

VC-PerformanceLine

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: IWF Quelle: IWF

Quelle: Dörries Scharmann Technologie GmbH Quelle: Spinner Werkzeugmaschinen GmbH

Folie 10



Stewart-Plattform

sechs parallele

Linearantriebe

zwölf Gelenke

Gestell

Quelle: IWM TU Dresden

Vorteile

eigensteife Konstruktion

Stäbe nur auf Zug-/Druck belastet

einfache Montage

alle Antriebe sind identisch

geringe bewegte Massen hohe Dynamik

einfache Gestellbauweise

Nachteile

hoher Steuerungsaufwand

(6-Achs-Kordinatentransformation)

Schwenkwinkel der Plattform begrenzt

Dreh- und evtl. Schwenkachse erforderlich

aufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)

aufwendiges Wegmeßsystem

große thermische Wirklängen

ungünstiges Verhältnis von

Arbeitsraum / Maschinenvolumen

Sonderkinematik für HSC-Maschinen-Hexapod

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 11



Antriebsstrebe

Frässpindel

Rahmengestell

Ursache

positionsabhängige Eigenschaften

(Nichtlinearitäten) und Gelenkspiel/

Umkehrspiel

Problem

Steifigkeitsverluste und

Bahnungenauigkeit

Lösung

vorgespannte und

spielfreie Gelenke und Streben

Quelle: Heisel, IfW Stuttgart

Kugelgelenk Doppel-Kardangelenk

HEXACT

Seilmaschine Quelle: IWF, TU Berlin

Strebe für PKM

Vorspannen von Gelenken und Stäben

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 12



Quelle: DS Technologie, Mönchengladbach

ECOSPEED

SPRINT Z3 Bearbeitungskopf mit Parallelkinematik

SPRINT Z3

ACM Bearbeitungszentrum für die Luft- und

Raumfahrt

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 13



Zylinderstufen

Kegelstumpf

Halbkugel

Freiformflächen

NC-Abnahmewerkstück für Fräsmaschinen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 14



- hohe Steifigkeit des Maschinenbettes bei

gutem Dämpfungsvermögen

- optimierter Spänefall und Abtransport

- Hauptantrieb mit hoher Maximal-Drehfrequenz, großen

Beschleunigungswerten sowie einem weiten Regelbereich

- Hauptspindellagerung muss eine große Steifigkeit und

gute Dämpfung aufweisen

- Reitstock sollte auf separater Führungsbahn gelagert sein

- trennende Schutzeinrichtung (Kapselung), die den auftretenden

hohen mechanischen Belastungen im Schadensfall standhält

- hohe Steifigkeit des Spannfutters (Spannkraftverlust)

Anforderungen an Hochgeschwindigkeits-

drehmaschinen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Forkardt Deutschland GmbH

HSC-Spannfutter bis

10.000 U/min

Spannfutter mit

Fliehkraftausgleich

Folie 15



separat gelagerter

Reitstock

wälzgelagerte

Hauptspindel

Schrägbettbauweise

Maschinengestell aus Reaktionsharzbeton

Entkopplung von Hauptspindel und Reitstock

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Frauenhofer IPT

Folie 16



verfahrbares

Fangschild

Spannfutter

Aufbau des

Fangschildes

Maschinen-

umhausung

verfahrbare

Innentür

Aufbau der

Umhausung

Sicherheit durch Fangschild und Maschinen-

umhausung

20 mm 1,5 mm 50 mm

Hart-

schaum

Bed

ien

er

Au

ßen

bere

ich

Inn

en

bere

ich

Ma

sc

hin

e

Maschine

Arbeitsraum

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

10 mm 1,5 mm 50 mm

Hart-

schaum

Ma

sc

hin

e

Au

ße

nb

ere

ich

Inn

en

bere

ich

Fu

tter

Quelle: Heller Group

Folie 17



Werkstückantrieb

Werkzeugantrieb

Verfahrachsen

Werkstückantrieb

Werkzeugantrieb

Verfahrachsen

Reitstock

achsparalleles Drehfräsen orthogonales Drehfräsen

Drehfräs-

Berarbeitungszentrum

HSC-Drehfräsen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: ELHA Maschinenbau Liemke KG

Folie 18



Geschwindigkeiten

erhöhen

Genauigkeiten

erhöhen

Werkstoffspektrum

erweitern

Ressourcen-

verbrauch minimieren

Ziele Wege

Flexibilität

erhöhen

High Speed Cutting

(HSC)

Hartbearbeitung

Trockenbearbeitung,

Mikrobearbeitung

Ultra- und Hoch-

Präzisionsbearbeitung

UP/HP

Flexible Fertigungs-

systeme

Entwicklungstrends

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 19



100 µm

IT01

0,1

0,5

1

5

10

IT5 IT0 IT6 IT1 IT7 IT2 IT8 IT3 IT9 IT4 ISO-Toleranzen

Ø 80-120

Ø 30-50

Ø 6-10

Ma

ßto

lera

nz

Werkstück-

durchmesser

Vergleich von Ultrapräzisions-, Hochpräzisions- und

Feindrehbearbeitung

Hochpräzisionsdrehen

Werkstoffe

-

Schneidstoff

-

Zustellung/Vorschub

-

Hochpräzisionsdrehen

Werkstoffe:

- i. Allg. gehärtete Stähle

Schneidstoff:

- PCBN, Mischkeramik, Cermets

Zustellung/Vorschub:

- 0,01…0,1 mm

Ultrapräzisionsdrehen

Werkstoffe

-

Schneidstoff

-

Zustellung/Vorschub

-

Ultrapräzisionsdrehen

Werkstoffe:

- NE-Metalle, PMMA

Schneidstoff:

- monokristalliner Diamant (MCD)


- 0,001…0,01 mm

konventionelles Feindrehen

Werkstoffe:

-

Schneidstoff

-

Zustellung/Vorschub

-

konventionelles Feindrehen

Werkstoffe:

- Stähle, NE-Metalle

Schneidstoff:

- HSS, HM, Cermets, Keramik,


- 0,1 mm

Quelle: FhG, IPT Aachen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 20



• monokristalliner Diamant

(Ultrapräzisionsbearbeitung)

• kubisch-kristallines Bornitrid

(Hochpräzisionsbearbeitung)

- geschliffener Naturdiamant

- für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen

(Kupfer, Aluminium, Magnesium), Aluminium-

und Magnesiumlegierungen, Messing, Bronze

- nicht für die Bearbeitung von Eisenwerkstoffen

geeignet

- synthetisch erzeugt

- gesinterte Schneidplatten mit oder ohne

Hartmetallunterlage

- für die Bearbeitung gehärteter Eisenwerk-

stoffe ab 45 HRC, u. a. m. legierte Stähle

Schneidstoffe

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: WEMA GmbH

Folie 21



Umwelt

Prozessverlauf

Werkstück-

topographie

Form-

genauigkeit

Randzonen-

eigenschaften

Bearbeitungs-

parameter

- Schnittgeschwin-

digkeit

- Vorschub

- Schnitttiefe

- Kühlschmierstoff

Werkzeug

- Werkstoff

- Mikrogeometrie

- Makrogeometrie

- Verschleißzustand Werkstück

- Werkstoff

- Härte

- Gefüge

- Einschlüsse

- Vorbearbeitung

- Vibrationen

- Umgebungs-

temperatur

Werkzeugmaschine

- statisches Verhalten

- dynamisches Verhalten

- thermisches Verhalten

- tribologisches Verhalten

- Eigenspannungen

- geometr. Genauigkeit

- Schnittkräfte - Schnitttemperatur

- Spanbildung - Werkzeugverschleiß

- Rautiefe - Reflexionsgrad

- Ebenheit

- Zylindrizität - Spannungen - Gefügeänderungen

Einflussfaktoren auf Prozessverlauf und

Arbeitsergebnis

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 22



konventionelle

Werkzeugmaschinen

Hochpräzisions-

werkzeugmaschinen

hydrodynamische Gleit-

oder Wälzführungen

Wälzlager

Asynchron-Drehstrommotor

Gleichstrommotor mit Kugel-

rollspindel bzw. Linearmotor

indirekt messende Winkel-

schrittgeber am Antrieb

3-Backenfutter

hydrostatische Gleit- oder

Wälzführungen

Präzisionswälzlager oder

hydrostatische Lagerung

direkt messende transla-

torische Strichmaßstäbe

Präzisionsbackenfutter,

Magnetspannfutter

Baugruppe

Maschinenbett

Schlittenführung

Spindellagerung

Hauptantrieb

Vorschubantriebe

Wegmesssysteme

Spannsysteme

Ultrapräzision-

werkzeugmaschinen

Granit

aero- oder hydrostatische

Gleitführungen

aero- oder hydrostatische

Lagerung

Glasmaßstäbe aus Zero-

dur, Laserinterferometer

Vakuumspannfutter

Grauguss oder Reaktions-

harzbeton

Gleichstrommotor mit

Präzisionskugelrollspindel

Reaktionsharzbeton oder

Granit

bürstenloser Gleichstrom-

motor

Gleichstrommotor mit

Lineardirektantrieb

bürstenloser Gleichstrom-

motor

Typische technische Lösungen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: IWF TU Berlin, Schott AG

Folie 23



Linearmotor

Hauptspindel mit

Direktantrieb

Stellfuß mit pneumatischem

Schwingungsdämpfer

Maschinenbett aus Granit

aerostatisch

gelagerte Spindel

Vakuum-Spannfutter

Werkzeughalter

hydrostatisch gelagerter

Schlitten aus Granit

Aufbau einer Ultrapräzisionsdrehmaschine

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 24



Maschinenkomponente aus

natürlichem Hartgestein

Schleifmaschinenbett

aus natürlichem Hartgestein

Quelle: Fa. Johann Fischer Aschaffenburg

- keine Formgebung durch Urform-

verfahren Möglich

- Bearbeitung nur mit Diamant-

werkzeugen

- Bearbeitung sehr zeit- und

kostenintensiv

- komplizierte geometrische Formen

sind sehr teuer

Vorteile Nachteile

- hohe statische und dynamische

Steifigkeit

- gute Schwingungsdämpfung

- günstige thermische Eigenschaften

- linearer Wärmeausdehnungs-

koeffizient 6·10-6 m/m·K

( zum Vergleich:

Grauguss 10·10-6 m/m·K

Stahl 12·10-6 m/m·K )

- geringe Biegung bei einseitiger

Erwärmung

- frei von Eigenspannungen

- hohe Langzeitstabilität

- Korrosionsfreiheit

Gestellwerkstoff - Granit

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 25



Vorteile: Vorteile:

• geringe Deformation der Werkstücke

• hohe Durchmesserflexibilität

Nachteile: Nachteile:

• plane Spannfläche am Werkstück (Vorbearbeitung) notwendig

• Zentrierung der Werkstücke nur durch Zentrierstifte o. ä. möglich

• offene Bereiche am Futter müssen verschlossen werden

(Rand, Werkstückbohrungen und -nuten)

• Mindestkontaktfläche zwischen Werkstück und

Spannsystem notwendig (problematisch z. B. bei schmalen Ringen)

• nicht für wellenähnliche Werkstücke geeignet

• aufwendige Vakuumsysteme notwendig

• sinkende Spannkraft bei Leck im Vakuumsystem

Vakuumspannung

UP-Drehen eines asphärischen

Spiegels in Aluminium Ø = 125 mm

UP-Fräsen Quelle: Innolite GmbH

Vakuumspannfutter für die UP-Bearbeitung

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 26



höhere Flexibilität

- punktförmiger Eingriff des Werkzeugs erlaubt in Verbindung

mit einer CNC-Steuerung komplexere Oberflächenstrukturen,

(z. B. Sinuswellen, Asphären, Rillen, Prismen)

Umweltentlastung

- Verzicht auf Kühlschmierstoffe

- Vermeidung von Schleifschlamm

- einfaches Recycling der Späne

- geringerer Energiebedarf

Kosteneinsparungspotenzial

- Verkürzung der Prozesskette: Härten Drehen, statt

Drehen Härten Schleifen

- geringere Investitionen: Verzicht auf Schleifmaschine

- Verkürzung der Hauptzeit durch höhere Zerspanleistung

Vorteile der HP-Bearbeitung gegenüber dem Schleifen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 27



Hochpräzisions-

Hartdrehen Feinschleifen mit

Korundscheibe

Zerspanleistung Pc

Zeitspanvolumen Qw

Schnitttiefe ap

Werkstoff:

Wälzlagerstahl

100 Cr 6 (ca. 62 HRC)

Energiebedarf und Hauptzeit

Verkürzung der Hauptzeit

Hochpräzisions-

Hartdrehen

Feinschleifen mit

Korundscheibe

60

s

40

30

20

10

0

ap =0,2

ap = 0,1

2. Schnitt

1. Schnitt

11

11

Hau

ptz

eit t

h,D

60

s

40

30

20

10

0 ap = 0,01

ap = 0,1

ap = 0,2

136

86

41

Hauptz

eit t

h,S

Ausfunken

Schlichten 2

Schlichten 1

Vorschleifen

Verringerung des Energiebedarfs

100

70

60

50

40

30

20

10

0

90 W 13,3 mm3/mm•s

297 W 3 mm3/mm•s

6,8

99,0 J mm2

Sp

ezifis

cher

En

erg

ieb

eda

rf e

c

Pc Qw

Hochpräzisions-

Hartdrehen

Feinschleifen mit

Korundscheibe

Quelle: Koch, K.-F.: Technologie des Hochpräzisions-Hartdrehens

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 28



X 90 CrMoV 18

X 165 CrV 12

16 MnCr 5

100 Cr 6

S 6-5-2

rostfreier Stahl

Kaltarbeitsstahl

Einsatzstahl

Wälzlagerstahl

Schnellarbeitsstahl

59 HRC

60 HRC

60 HRC

62 HRC

66 HRC

Werkstückwerkstoffe für die HP-Bearbeitung

Quelle: Hochpräzisionsdrehen mit geometrisch bestimmter Schneide; Band 1 - Drehen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 29



5-Achsen-UP-Bearbeitungszentrum

Nanotech® 350 FG

Achskonfiguration: X, Y, Z, B, C

Ablaufgenauigkeit: 0,3 µm über den Verfahrweg

Programmierauflösung: 10 nm

Arbeitsspindeldrehzahl: 50 /min bis 6000 /min

Bewegungsgenauigkeit: unter 50 nm (axial und radial)

Zusatzspindeldrehzahl: 25.000 /min bis 100.000 /min

Ultrapräzisionsdrehmaschine

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: IWF, TU Berlin / Fraunhofer IPT Quelle: Moore Nanotechnology Systems, LLC

Folie 30



Off-Axis-Anordnung

beim Drehen

Fly-Cutting

Techniken bei der Ultrapräzisionsbearbeitung

Werkstück

Abdeckplatte

Vakuumspannfutter

Achse der

Hauptspindel Werkzeug

Werkstück

Achse der

Hauptspindel

Werkzeug

Ausgleichsmasse

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Fa. Kugler GmbH

200 µm

Folie 31



Flycutting

Fast-Tool-Servo (Feinzustelleinheit)

Ultrapräzisionsschleifen

Ultrapräzisionsdreh- und Schleifmaschine

Parallelogramm-

führung

(Festkörpergelenke)

Naturdiamant-

scheibe

Gehäuse

Piezoquarz

Drehmeißel

Klemmhalter

Basisplatte

Festkörpergelenk

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Fa. AMETEK, Precitech Inc.

Quelle: Fa. Kugler GmbH

Folie 32



Parabolspiegel

(Laserbearbeitung)

Planspiegel

(Laserbearbeitung) Facettenspiegel

(Laserbearbeitung)

Beugungsgitter

(CO2-Laser)

Off-Axis-

Parabolspiegel

(Laserbearbeitung)

hochreines

Kupfer

Luftlagerbauteile

(Präzisions-

maschinen)

Messing

Rauheitsnormale

(Kalibrierung)

Sinusfunktion

als Oberfläche

Fertigungstechnik Messtechnik

Maschinenbau

Messing

42°

2 µm

8 µm

2 5 m

m

35 mm

l = 100 µm

Ultrapräzisionsbearbeitung

Anwendungsbeispiele I

hochreines Kupfer hochreines Kupfer hochreines Kupfer

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: Fa. Laser 2000 GmbH

Folie 33



Mikroprismen

(reflektierende Bänder)

Parabolspiegel

(Teleskope)

Astrophysik,

Kommunikations-

technik

asphärische Linsen

(Zoomobjektive, CD-Player)

Fresnellinsen (Projektoren,

Verkehrsampeln,

Blitzlichtgeräte)

Prismenspiegel Strukturfolien (Mikroreaktoren,

Mikrowärmetauscher)

Target-Folien

Optik

Chemietechnik Energietechnik Drucktechnik

30

µm 70

µm Längen im

Millimeterbereich

100 µm

Aluminium

3 m

Ultrapräzisionsbearbeitung

Anwendungsbeispiele II

8 µm

120 µm

Aluminium,

Gold

25 µm

640 µm

10 µm 8 µm

(Laserfusionsforschung) (Scanner)

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Quelle: OASYS GmbH, Laser 2000 GmbH, Zenith Art Systems GmbH

Folie 34



Drehen

Werkzeug

Werkstück

Fräsen Bohren Schleifen

Mikrozerspanung

Quelle: IWF Braunschweig

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 35



Mikrobearbeitung

Ätzen, Lithographie, Galvanoformen

Spanende Fertigung

hauptsächlich elektronische

Bauteile und Sensoren

Halbleiter, hauptsächlich Silizium

1.000 bis 1.000.000

0,1 µm

hauptsächlich rechtwinklige

Formen

hauptsächlich optische und

mechanische Bauteile

Metalle, Halbleiter, Keramiken

individuell entworfene Mikro-

strukturen und Mikrobauteile

1 bis 100

lateral 0,3 ... 100 µm

vertikal 0,1 ... 10 µm

lateral 10 ... 1.000 µm

vertikal 0,5 ... 500 µm

0,1 ... 1 µm

komplexe Geometrien

Technologie

Anwendung

Werkstoffe

große Anzahl identischer Bauteile Funktionselemente

typische Stückzahlen

Strukturgröße

erreichbare

Toleranzen

Formen

Quelle: FhG, IPT Aachen

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

Folie 36



Laser

Cantilever

Scan-Tisch

Probenoberfläche

Photodiode

Verstärker

&

Steuerelektronik

Rasterelektronen-

mikroskopie (REM)

Rasterelektronen-

mikroskopie (REM) Koordinaten-

messtechnik

Koordinaten-

messtechnik

Rasterkraft-

mikroskopie

Rasterkraft-

mikroskopie

Lasermess-

systeme

Lasermess-

systeme

Weißlichtinter-

ferometrie

Messtechnik

HSC-

Bearbeitung

HP/UP-


HSC-

Fräsmaschinen

HG-

Drehmaschinen

HP-

Bearbeitung

UP-

Bearbeitung

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