Veranstaltung: Ort: Bessy mbH Berlin - cim-wismar.de

CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.

Vorstellung eines Konzeptes für den Bau von Sondermaschinen für die Mikrozerspanung

Veranstaltung: Workshop zur Fertigung von kleinen Präzisionsteilen für die Medizin-technik und Analytik

Ort: Bessy mbH Berlin

Termin: 24.01.2008

Referent: Dr.-Ing. Reinhard SteinhagenCIM-Technologie-ZentrumWismar e.V.


Firmensitz 23966 WismarAlter Holzhafen 17a


Geschäftsbereiche:

- Bildungsforschung(Methodik, Didaktik)

- Personalentwicklungs-und Bildungskonzepte

- fachspezifische Weiter-bildungsmaßnahmen(Transfer der eigenenFuE-Ergebnisse)

NEMO- SOMANET (geförd. 02-05)

- KOMETAN (geförd. 04-07)

- MEDIFER (geförd. 06-09)

- PROSIT (geförd. 07-10)

Sonstige- Q-TOP (geförd. 97-05)

Maschinenbau / Auto-matisierungstechnik- Produktentwicklung- Verfahrensentwicklung- Sondermaschinenbau- Compound-Bauweise- Mikrobearbeitung- Qualitätssicherung

Weiterbildung - öffentlich gefördert- teilnehmerfinanziert

Netzwerkmanagement- öffentlich gefördert - NEMO- unternehmensfinanziert

Forschung- öffentlich gefördert- Auftragsforschung

Status: - juristisch selbstständige Forschungs- und Weiterbildungseinrichtung- gemeinnützig - staatlich anerkannte Einrichtung der Weiterbildung


Ingenieurbüro für Automation GmbHSPS GmbH Moitin

Konzept für den Bau von Sondermaschinen für die Mikrozerspanung

Beteiligte Partner:

CIM-Technologie-ZentrumWismar e.V.Alter Holzhafen 17a23966 Wismar

SPS GmbH MoitinNeubukower Str. 418233 Moitin

IbA – Ingenieurbüro fürAutomation GmbHMühlenweg 1518198 Stäbelow


Anforderungen: - Fertigung von kleinen Teilen und Strukturen(Medizintechnik, Sensortechnik, Analytik,Brennstoffzellentechnik, …) im Prototyping

- Fertigungstechnologie ist oft unklar

Beispielteile aus der Literatur

Untersuchung zu möglichen Fertigungstechnologienfür das Prototyping

Konzipierung einer wirtschaftlichen Serienfertigungfür kleine Teile und Strukturen


Mikromaster (Fa. Kugler)

Microgantry GU (Fa. Kugler)

TruLaser Cell (Fa. Trumpf)

Verfügbare Werkzeugmaschinen

14 Hersteller von Werkzeugmaschinen zur Mikro-bearbeitung in Deutschland und in der Schweiz bekannt


Auslösungsgründe:

- vorhandene Maschinen sind Universalmaschinen und für viele Fertigungsaufgaben in einer Serienfertigungüberdimensioniert (Auswertung von 40 Maschinen)x-y-z-Achsen 100 – 600 mmLeistung Hauptspindel 0,5 – 32 KWmax. Aufspanngewicht 5.0 – 600 kgPositionsabweichung 1,0 – 6 µm

- vorhandene Maschinen sind für eine wirtschaftliche Fertigung oft zu teuer

Zielstellung des Konzeptes:

- so gross wie nötig

- so genau wie nötig- so kompliziert wie nötig

- so teuer wie nötig


Vorgehensweise bei der Projektierung von Sondermaschinen zur Mikrozerspanung :

Fertigungsaufgabe

Sondermaschine

ProjektierungKonstruktion

FertigungMontage

Inbetriebnahme

1. Werkstück- Werkstückspannung- Werkstückwechsel

2. Bearbeitungseinheit- Hochfrequenzspindeln unterschiedlicher

Leistung 150 W – 1.000 W Drehzahl 50.000 – 200.000 min-1

Rundlauf 2 – 6 µmSpindelkühlung ohne, Luft, WasserLängenkompension mit, ohne

- Laseroptik für Faserlaser unterschiedlicher Leistung zum Schneiden, Abtragen/Strukturieren, Schweißen

- Messkopf3-D-Taster, Lasermesskopf, Messoptik, …

3. Achssysteme - Lagerung - Prismenführung, Luftlagerführung- Antrieb - Direktantriebe, bürstenlose Servomotore- Positionsbestimmung über Encoder oder Weg-

messsysteme mit hochgenauen GlasmaßstäbenLinearachsen- Verfahrwege 25 - 300 mm- Positioniergenauigkeit 0,5 – 6,0 µm- Tragfähigkeit 2,5 – 100 kg- max. Verfahrgeschwindigkeit 3 mm/s – 2 m/sRotationsachsen 360°- Positioniergenauigkeit 2 – 50 arc sec

4. Gestell- optimale individuelle Gestaltungsform - verschiedene Gestellformen – C-Gestell, L-Gestell,

Portal-Gestell, Kreuzportalgestell- hohe Steifigkeit und gute Dämpfungseigenschaften

durch die Verwendung von Granit- zusätzliche Dämpfung durch Compound-Bauweise- optimiertes Gewicht- Aufnahme auf luftgelagerten Schwingungs-

dämpfern mit und ohne Niveauregulierung

5. Maschinenrahmen- ITEM-Profilsystem- ITEM-Bauelemente

6. Periphere Einrichtungen- Späneentsorgung- Kühlung- Prozessvisualisierung- In-Prozessmessung- Werkzeugwechsel- Werkstückwechsel- Beleuchtung

7. Steuerung- PC-gestützte Soft-CNC, Bahnsteuerung- IEEE-1394 Industrienorm-, Hochleistungs-

kommunikationsnetzwerk zu allen Controllern- Steuerung von bis zu 32 Achsen- Positionssynchronisierte Ausgänge- umfassende E/A-Leistung

8. Verkleidung- Verkleidung des Arbeitsraumes entsprechend

sicherheitstechnischen Anforderungen- funktionelle und leicht demontierbare

Abdeckungen


Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen

1. WerkstückTeil - Sensoreinsatz Durchmesser 20 mmHöhe 2 mm

Aufgabe - strukturierenNutbreite 0,2 mmNuttiefe 0,2 mmStegbreite 0,2 mmToleranz +/- 5 µm

WerkstückspannungVakuumspannungMehrfachspannung


Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschinezum Mikrofräsen

2. BearbeitungseinheitHochfrenzspindelDrehzahl 80.000 mm-1

Leistung 150 WLagerung KeramikRundlauf < 3 µmSpannbereich 0,3 - 4,0 mmKühlung EigenluftEinspannung d = 33 mm

BefestigungKühlkörperAdapterplatten


Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschinezum Mikrofräsen

3. AchssystemZ-Achse (Hubtisch) Verfahrweg 25 mmGenauigkeit +/- 1 µmLastaufnahme 25 kg

Y-AchseVerfahrweg 100 mmGenauigkeit +/- 0,5 µmLastaufnahme 25 kg

X-AchseVerfahrweg 200 mmGenauigkeit +/- 0,5 mmLastaufnahme 25 kg



4. C-GestellTisch Granit (massiv)Größe 600 x 500 x 1202 Spannnuten1 Führungsnut (10H7)

SäuleGranit (Compound-BW)28 Segmente a 20 mmeingekl. Gewindeeinsätze

Winkligkeit < 5 µmEbenheit < 3 µm



5. MaschinenrahmenSchwingungsdämpfer 4 Gummi-Luftfedereinstellbare DämpfungNiveauregulierung

RahmenItem-Profilsystem



6. Periphere EinrichtungenOptik 2 Industriemikroskope400-fache VergrößerungProzesskontrolleNullpunktbestimmungMessungen

Absaugung



7. SteuerungPC-gestützte Soft-CNCAchsreglerFU für SpindelBedieneinheitNetzteile, Sicherungen, …

8. VerkleidungArbeitsraumverkleidungAbdeckungen


Beispielhafte Sondermaschinen zum Mikrofräsen

Veranstaltung: Ort: Bessy mbH Berlin - cim-wismar.de

Documents

Transcript of Veranstaltung: Ort: Bessy mbH Berlin - cim-wismar.de