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