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Folie 1 Fertigungssystem HSC und HP/UP SS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8 8. Vorlesung Fertigungssystem HSC und HP/UP

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Folie 1

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

8. Vorlesung

Fertigungssystem HSC und HP/UP

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Folie 2

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Inhalt der Vorlesung

• High Speed Cutting (HSC)− Grundlagen HSC − Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen− Hochgeschwindigkeitsdrehmaschinen

• Hoch- und Ultrapräzisionsbearbeitung (HP/UP)− Grundlagen HP/UP− HP-Bearbeitung− UP-Bearbeitung

• Mikrobearbeitung

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Folie 3

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Geschwindigkeiten erhöhen

Genauigkeiten erhöhen

Werkstoffspektrum erweitern

Ressourcen-verbrauch minimieren

Ziele Wege

Flexibilität erhöhen

High Speed Cutting(HSC)

Hartbearbeitung

Trockenbearbeitung,Mikrobearbeitung

Ultra- und Hoch-PräzisionsbearbeitungUP/HP

Flexible Fertigungs-systeme

Entwicklungstrends

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 4

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

- hohe Schnittgeschwindigkeiten- große Vorschubgeschwindigkeiten (bis 50 m/s)

- große Beschleunigung in den Vorschüben (bis 2 g)

- hohes Zeitspanvolumen- geringe Schnittkräfte- hohe Oberflächenqualität- adiabate Zerspanung- hohe anregende Frequenzen

HSC (High Speed Cutting)

Anforderungen:

HSC-Bearbeitung

Konventionelle Bearbeitung

Spindeldrehzahl [min-1]

Vors

chub

gesc

hwin

digk

eit [

m/m

in]

80

70

60

50

40

30

20

10

0 10.000 30.000 40.000 50.000 60.00020.000

Entwicklung der HSC-Bearbeitung

Maschinen für die HSC-Bearbeitung

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 5

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Schnittgeschwindigkeit VC [m/min]

FaserverstärkteKunststoffe

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 6

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

PolierenMontierenProbepressen

PolierenMontierenProbepressenDemontieren

ErodierenElektroden-fertigung

Kopierfräsen

Kopiermodell-herstellung

Konstruktion / AV

Konventionelle Fertigungstechnik (100 %) HSC (48 %)

Konstruktion / AVmit CAD/CAM

HSC-Fräsen

Einsparung52 %

PolierenMontieren

Demontieren

PolierenMontierenProbepressen

Einsparungen in der gesamten Prozessketteam Beispiel der Presswerkzeugherstellung eines PKW-Kotflügels

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 7

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Gestell aus Reaktionsharzbeton

Hochfrequenzspindel

Querträger alsSchweißkonstruktion

Z-Achse mit Linearmotoren

X-Y-Kreuztisch alsSchweißkonstruktion

1. Hochfrequenzspindel 2. Zentralrohr 3. zwei Synchronlinearmotoren4. Permanentmagnetische

Sekundärteile 5. Rollenprofilwälzführungen 6/7. Gewichtsausgleichsystem

Z-Achse mit HF-Spindel

Konstruktive Merkmale von HSC-Fräsmaschinen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 8

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

GrößeKomplexitätStückzahl

Oberflächengüte

Produktivität

SchnittgeschwindigkeitTypische Anwendung

BeschleunigungVorschubgeschwindigkeitHauptspindelleistungDrehfrequenz

klein bis mittelsehr hoch, Freiformflächengering, oft nur 1 Teil

hoch, optische Qualität

hoch, aber der Qualität nachgestellt

bis ca. 300 m/minSchlichten, Vorschlichten

sehr hochsehr hochgeringsehr hoch

groß bis sehr großgering, Taschenfräsenmittel

gering

sehr hoch, vorrangig

bis ca. 5500 m/minSchruppen, Schlichten

sehr hochsehr hochsehr hochmittel

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 9

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 10

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Stewart-Plattform

sechs paralleleLinearantriebe

zwölf Gelenke

GestellQuelle: IWM TU Dresden

Vorteile

eigensteife KonstruktionStäbe nur auf Zug-/Druck belasteteinfache Montagealle Antriebe sind identischgeringe bewegte Massen hohe Dynamikeinfache Gestellbauweise

Nachteile

hoher Steuerungsaufwand (6-Achs-Kordinatentransformation)

Schwenkwinkel der Plattform begrenztDreh- und evtl. Schwenkachse erforderlichaufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)aufwendiges Wegmeßsystemgroße thermische Wirklängenungünstiges Verhältnis von Arbeitsraum / Maschinenvolumen

Sonderkinematik für HSC-Maschinen - Hexapod

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 11

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Antriebsstrebe

Frässpindel

Rahmengestell

Ursachepositionsabhängige Eigenschaften(Nichtlinearitäten) und Gelenkspiel/Umkehrspiel

ProblemSteifigkeitsverluste und Bahnungenauigkeit

Lösungvorgespannte und spielfreie Gelenke und Streben

Quelle: Heisel, IfW Stuttgart

KugelgelenkDoppel-Kardangelenk

HEXACT

Seilmaschine, IWF Berlin

Strebe für PKM

Vorspannen von Gelenken und Stäben

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 12

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Quelle: DS Technologie, Mönchengladbach

ECOSPEED SPRINT Z3 Bearbeitungskopf mit Parallelkinematik

SPRINT Z3

ACM Bearbeitungszentrum für die Luft- und Raumfahrt

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 13

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Zylinderstufen

Kegelstumpf

Halbkugel

Freiformflächen

NC-Abnahmewerkstück für Fräsmaschinen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 14

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

- 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 auftretendenhohen mechanischen Belastungen im Schadensfall standhält

HSC-Spannfutter bis 10.000 U/min

- hohe Steifigkeit des Spannfutters (Spannkraftverlust)

Anforderungen an Hochgeschwindigkeits-drehmaschinen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 15

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

separat gelagerterReitstock

wälzgelagerteHauptspindel

Schrägbettbauweise

Maschinengestell aus Reaktionsharzbeton

Entkopplung von Hauptspindel und Reitstock

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 16

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

verfahrbares Fangschild

Spannfutter

Aufbau des Fangschildes

Maschinen-umhausung

verfahrbare Innentür

Aufbau der Umhausung

Sicherheit durch Fangschild und Maschinen-umhausung

20 mm 1,5 mm50 mm

Hart-schaum

Mas

chin

eA

ußen

bere

ich

Inne

nber

eich

Futte

r

20 mm 1,5 mm50 mm

Hart-schaum

Bed

iene

rA

ußen

bere

ich

Inne

nber

eich

Mas

chin

e

Maschine

Arbeitsraum

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 17

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

WerkstückantriebWerkzeugantrieb

Verfahrachsen

WerkstückantriebWerkzeugantrieb

VerfahrachsenReitstock

Achsparalleles Drehfräsen Orthogonales Drehfräsen

Drehfräs-Berarbeitungszentrum

HSC-Drehfräsen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 18

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Geschwindigkeiten erhöhen

Genauigkeiten erhöhen

Werkstoffspektrum erweitern

Ressourcen-verbrauch minimieren

Ziele Wege

Flexibilität erhöhen

High Speed Cutting(HSC)

Hartbearbeitung

Trockenbearbeitung,Mikrobearbeitung

Ultra- und Hoch-PräzisionsbearbeitungUP/HP

Flexible Fertigungs-systeme

Entwicklungstrends

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 19

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

100µm

IT010,1

0,51

510

IT5IT0 IT6IT1 IT7IT2 IT8IT3 IT9IT4ISO-Toleranzen

Ø 80-120

Ø 30-50

Ø 6-10

Maß

tole

ranz

Werkstück-durchmesser

Vergleich von Ultrapräzisions-, Hochpräzisions- und Feindrehbearbeitung

HochpräzisionsdrehenWerkstoffe:- i. allg. gehärtete StähleSchneidstoff:- PCBN, Mischkeramik, CermetsZustellung/Vorschub:- 0,01…0,1 mm

UltrapräzisionsdrehenWerkstoffe:- NE-Metalle, PMMASchneidstoff:- monokristalliner Diamant (MCD)Zustellung/Vorschub:- 0,001…0,01 mm

Konventionelles FeindrehenWerkstoffe:- Stähle, NE-MetalleSchneidstoff:- HSS, HM, Cermets, Keramik, Zustellung/Vorschub:- 0,1 mm

Quelle: FhG, IPT Aachen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 20

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

• 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 ohneHartmetallunterlage

- für die Bearbeitung gehärteter Eisenwerk-stoffe ab 45 HRC, u. a. m. legierte Stähle

Schneidstoffe

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 21

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Umwelt

Prozessverlauf

Werkstück-topographie

Form-genauigkeit

Randzonen-eigenschaften

Bearbeitungs-parameter

- Schnittgeschwin-digkeit

- Vorschub- Schnittiefe

- 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

- Rauhtiefe- Reflexionsgrad

- Ebenheit- Zylindrizität

- Spannungen- Gefügeänderungen

Einflussfaktoren auf Prozessverlauf und Arbeitsergebnis

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 22

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

konventionelleWerkzeugmaschinen

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- oderWälzführungen

Präzisionswälzlager oderhydrostatische 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 hydrostatischeLagerung

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 23

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Linearmotor

Hauptspindel mitDirektantrieb

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 24

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Maschinenkomponente ausnatürlichem Hartgestein

Schleifmaschinenbettaus natürlichem Hartgestein

Quelle: Fa. Johann Fischer Aschaffenburg

- keine Formgebung durch Urform-verfahren Möglich

- Bearbeitung nur mit Diamant-werkzeugen

- Bearbeitung sehr zeit- undkostenintensiv

- komplizierte geometrische Formensind sehr teuer

Vorteile Nachteile

- hohe statische und dynamische Steifigkeit

- gute Schwingungsdämpfung

- günstige thermische Eigenschaften

- linearer Wärmeazsdehnungs-koeffizient ≈ 6·10-6 m/m·K

- geringe Biegung bei einseitigerErwärmung

- frei von Eigenspannungen

- hohe Langzeitstabilität

- Korrosionsfreiheit

Gestellwerkstoff - Granit

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 25

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Vorteile:

• geringe Deformation der Werkstücke• hohe Durchmesserflexibilität

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, -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 eines Prägestempels in OFHC Kupfer

Vakuumspannfutter für die UP-Bearbeitung

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 26

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 27

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Hochpräzisions-Hartdrehen

Feinschleifen mit Korundscheibe

Zerspanleistung Pc

Zeitspanvolumen Qw

Schitttiefe ap

Werkstoff:Wälzlagerstahl 100 Cr 6 (ca. 62 HRC)

Energiebedarf und Hauptzeit

Verkürzung der HauptzeitHochpräzisions-

HartdrehenFeinschleifen mitKorundscheibe

60s

4030

20100

ap =0,2ap = 0,1

2. Schnitt

1. Schnitt

11

11

Hau

ptze

it t h,

D

60s

40

30

20100 ap = 0,01

ap = 0,1ap = 0,2

136

86

41

Hau

ptze

it t h,

S

AusfunkenSchlichten 2Schlichten 1Vorschleifen

Verringerung des Energiebedarfs

100

706050403020100

90 W13,3 mm3/mm•s

297 W3 mm3/mm•s

6,8

99,0Jmm2

Spe

zifis

cher

E

nerg

iebe

darf

e c

PcQw

Hochpräzisions-Hartdrehen

Feinschleifen mitKorundscheibe

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

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 28

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

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-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 29

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

5-Achsen-UP-Bearbeitungszentrum Nanotech® 350 FG

Achskonfiguration: X, Y, Z, B, CAblaufgenauigkeit: 0,3 µm über den VerfahrwegProgrammierauflösung: 10 nmArbeitsspindeldrehzahl: 50 /min bis 6000 /minBewegungsgenauigkeit: unter 50 nm (axial und radial)Zusatzspindeldrehzahl: 25.000 /min bis 100.000 /min

Ultrapräzisionsdrehmaschine

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 30

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Off-Axis-Anordnung beim Drehen

Fly-Cutting (Einzahfräsen)

Techniken bei der Ultrapräzisionsbearbeitung

Werkstück

Abdeckplatte

Vakuumspannfutter

Achse derHauptspindelWerkzeug

Werkstück

Achse derHauptspindel

Werkzeug

Ausgleichsmasse

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 31

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Flycutting

Fast-Tool-Servo (Feinszustelleinheit)

Ultrapräzisionsschleifen

Ultrapräzisionsdreh- und Schleifmaschine

Parallelopgramm-führung

(Festkörpergelenke)

Naturdiamant-scheibe

Gehäuse

Piezoquarz

Drehmeißel

Klemmhalter

Basisplatte

Festkörpergelenk

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 32

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Parabolspiegel(Laserbearbeitung)

Planspiegel(Laserbearbeitung)

Facettenspiegel(Laserbearbeitung)

Beugungsgitter(CO2-Laser)

Off-Axis-Parabolspiegel(Laserbearbeitung)

hochreinesKupfer

Luftlagerbauteile(Präzisions-maschinen)

Messing

Rauheitsnormale(Kalibrierung)

Sinusfunktionals Oberfläche

Fertigungstechnik Messtechnik

Maschinenbau

Messing

42°

2 µm

8 µm

25m

m

35 mm

λ= 100 µm

UltrapräzisionsbearbeitungAnwendungsbeispiele I

hochreines Kupferhochreines Kupfer hochreines Kupfer

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 33

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Mikroprismen(reflektierende Bänder)

Parabolspiegel(Teleskope)

Astrophysik,Kommunikations-technik

asphärische Linsen(Zoomobjektive, CD-Player)

Fresnellinsen(Projektoren, Verkehrsampeln, Blitzlichtgeräte)

PrismenspiegelStrukturfolien(Mikroreaktoren,Mikrowärmetauscher)

Target-Folien

Optik

Chemietechnik Energietechnik Drucktechnik

30 µm

70 µm

Längen imMillimeterbereich

100 µm

Aluminium

3 m

UltrapräzisionsbearbeitungAnwendungsbeispiele II

8 µm

120 µm

Aluminium,Gold

25 µm

640 µm

10 µm8 µm

(Laserfusionsforschung) (Scanner)

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 34

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Drehen

Werkzeug

Werkstück

Fräsen Bohren Schleifen

Mikrozerspanung

Quelle: IWF Braunschweig

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 35

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Mikrobearbeitung

Ätzen, Lithographie,Galvanoformen

Spanende Fertigung

hauptsächlich elektronischeBauteile und Sensoren

Halbleiter, hauptsächlich Silizium

1.000 bis 1.000.000

0,1 µm

hauptsächlich rechtwinklige Formen

hauptsächlich optische undmechanische Bauteile

Metalle, Halbleiter, Keramiken

individuell entworfene Mikro-strukturen und Mikrobauteile

1 bis 100

lateral 0,3 ... 100 µmvertikal 0,1 ... 10 µm

lateral 10 ... 1.000 µmvertikal 0,5 ... 500 µm

0,1 ... 1 µm

komplexe Geometrien

Technologie

Anwendung

Werkstoffe

große Anzahl identischer BauteileFunktionselemente

typische Stückzahlen

Strukturgröße

erreichbareToleranzen

Formen

Quelle: FhG, IPT Aachen

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung

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Folie 36

Fertigungssystem HSC und HP/UPSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II - VL 8

Laser

Cantilever

Scan-Tisch

Probenoberfläche

Photodiode

Verstärker&

Steuerelektronik

Rasterelektronen-mikroskopie (REM)

Koordinaten-messtechnik

Rasterkraft-mikroskopie

Lasermess-systeme

Weißlichtinter-ferometrie

Messtechnik

HSC-Bearbeitung

HP/UP-Bearbeitung MikrobearbeitungHSC-

FräsmaschinenHG-

DrehmaschinenHP-

BearbeitungUP-

Bearbeitung