Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Schneidkantenpräparation von VHM-Mikrofräsern
    ( 2015)
    Uhlmann, E.
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    Oberschmidt, D.
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    Löwenstein, A.
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    Polte, M.
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    Winker, I.
    Die Prozesssicherheit beim Mikrofräsen lässt sich mit einer gezielten Schneidkantenverrundung erheblich steigern. Dabei werden durch verschiedene Präparationstechnologien unterschiedliche Geometrien und Einflüsse auf den Fräsprozess erzeugt. Der Fachbeitrag behandelt den Einsatz präparierter Mikrowerkzeuge in Zerspanversuchen, in denen auf die Zerspankräfte, den Verschleiß sowie die Oberflächengüten eingegangen wird. Die mit den Feinbearbeitungsverfahren Bürstspanen und Strahlspanen präparierten Werkzeuge erzeugen im Mittel eine um 16 % geringere gemittelte Rautiefe Rz und weniger Grat als die Feinbearbeitungsverfahren Magnetfinishen und Tauchgleitläppen, jedoch sind der relative Verschleiß FZ im Mittel um 13 % sowie die Zerspankräfte Fz erhöht. Die bei Fz mit Bürstspanen präparierten Werkzeugen auftretenden Zerspankräfte Fz sind um 5 % höher als jene bei Fz mit Magnet finishen präparierten Werkzeugen beziehungsweise 13 % höher als jene bei Fz mit Tauchgleitläppen präparierten Werkzeugen. Die bei mit Strahlspanen präparierten Werkzeugen auftretenden Zerspankräfte Fz sind sogar um 20 % höher als jene bei mit Tauchgleitläppen präparierten Werkzeugen. Die Feinbearbeitungsverfahren Magnetfinishen und Tauchgleitläppen können eine Schneidkantenmikrogeometrie her stellen, deren Profilquerschnitt einem Kreissegment sehr nahe kommt und die einen quantifizierbaren Schneidkanten radius rv aufweist. Dies vermindert den Verschleiß sowie die Prozesskräfte. Die Schneidkantenradien rv sollten in einem Bereich von 3 µm < rv < 7 µm liegen, um eine Dominanz der Ploughing-Vorgänge zu vermeiden. Der Zahnvorschub fz sollte in einem Bereich von 3 µm < fz < 5 µm liegen, da höhere Zahnvorschübe fz eine zu hohe Belastung der Schneide bedeuten und über mäßigen Verschleiß in Form von Kantenausbrüchen fördern. Innerhalb der genannten Bereiche für den Schneidkantenradius rv und den Zahnvorschub fz ist nach der Gleichung hmin = 0,293 rv die Mindestspandicke hmin auch im ungünstigsten Fall des größten Schneidkantenradius rv = 7 µm in Kombination mit dem kleinsten Zahnvorschub fz = 3 µm gewährleistet und wird während des Zahneingriffs erreicht.
  • Publication
    Automatisierte Qualitätskontrolle
    ( 2015)
    Uhlmann, E.
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    Oberschmidt, D.
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    Löwenstein, A.
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    Kuche, Y.
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    Wiemann, S.
    Inhalt eines Forschungsprojektes der Firma OTEC Präzisionsfinish GmbH und des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK ist die Entwicklung eines Maschinenprototypen zur Feinbearbeitung mit automatisierter Qualitätskontrolle durch integrierte optische Messtechnik und Messsoftware. Im Rahmen des durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projektes wurde dazu eine kompakte, für die Automatisierung und Integration von Messtechnik ausgelegte Maschine entwickelt. Mithilfe dieser Maschine können Werkstücke, wie etwa Nockenwellen oder Zerspanwerkzeuge, mit dem Verfahren Tauchgleitläppen bearbeitet und definierte Kantenradien erzeugt sowie in einem automatisierten Prozess gemessen werden. This paper presents a machine prototype for the finishing of edges and surfaces of work pieces. The prototype has an integrated optical measurement device, which can be used for the control of the process results and possibly automated remachining. The machine is used for the preparation of milling tools. Process parameters and their effects are analyzed and an approach for the automated setting of the process parameters is shown.
  • Publication
    Schneidkantenpräparation von Mikrofräsern
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
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    Löwenstein, A.
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    Mahr, F.
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    Oberschmidt, D.
    Der Fachbeitrag stellt zwei Verfahren zur Verschleißminderung bei Werkzeugen zum Mikrofräsen von Präzisionsbauteilen vor. Solche Bauteile werden aus unterschiedlichen Werkstoffen mit hoher geometrischer Flexibilität hergestellt. Der Fräsprozess ist durch einen von der Schneidkante ausgehenden hohen Werkzeugverschleiß gekennzeichnet. Der Grund dafür ist die hohe Belastung des Werkzeuges beim Trennen des Werkstoffes. Mithilfe einer gezielten Schneidkantenrundung lässt sich der Verschleiß verringern. Hinsichtlich der Präparationsergebnisse werden die beiden zur Verrundung verwendeten Verfahren "Schleppfinishing" und "Magnetfinishing" gegenübergestellt. Weiterhin wird die Werkzeugperformance der unterschiedlich präparierten Werkzeuge mittels Verschleiß- und Schnittkraftanalysen verglichen und diskutiert.
  • Publication
    Aktives Spannsystem: Positionieren von Präzisionsteilen in der Werkzeugmaschine
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
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    Oberschmidt, D.
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    Essmann, J.
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    Langmack, M.
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    Löwenstein, A.
    Ein neues Konzept für automatisierte Spannsysteme positioniert Bauteile in der Maschine äußerst präzise. Das funktioniert unabhängig vom Maschinentyp, der Anzahl der Bewegungsachsen, vom Werkstückkoordinatensystem, der Maschinensteuerung und der Qualität der Spannflächen.
  • Publication
    Spannsystem zur Kompensation von Winkelabweichungen
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
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    Essmann, J.
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    Löwenstein, A.
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    Hinze, M.
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    Langmack, M.
    Für die Fertigung von Mikro- und Präzisionsbauteilen, beispielsweise Spinndüsen oder Kühlluftbohrungen, wurde ein neuartiges aktives Spannsystem zur Positionierung entwickelt. Der entwickelte Prototyp ist in der Lage, Winkelabweichungen von ± 0,57° mit einer Genauigkeit von 0,5 Winkelsekunden zu kompensieren. Dazu werden hochgenaue Piezomotoren, kapazitive Wegsensoren und Festkörpergelenke genutzt. Die Werkstücke werden über ein pneumatisch betätigtes Nullpunktspannsystem aufgenommen. Für einen Test unter realen und praxisnahen Bedingungen wurde der entwickelte Prototyp in ein hybrides Bearbeitungszentrum integriert und anschließend der Einfluss von Positionsunsicherheiten auf die Bearbeitungsergebnisse untersucht. Die verwendete Maschine vereint die Mikrofunkenerosion mit der Laserbearbeitung Der Fachbeitrag beschreibt den mechanischen Aufbau des Prototyps, die Montage und Justierung.
  • Publication
    Mit Schleppfinishing zur perfekten Kontur
    ( 2010)
    Uhlmann, E.
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    Oberschmidt, D.
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    Langmack, M.
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    Mahr, F.
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    Löwenstein, A.
    Das Schleppfinishing ist auch für die Mikrofertigung geeignet, beispielsweise bei der Schneidkantenpräparation von Mikrofräswerkzeugen oder beim ENTGRATEN und der Oberflächenbehandlung von Mikrostrukturen. Auf eine mehrachsige Prozessführung kann dabei verzichtet werden.
  • Publication
    ActiveClamp innovatives Spannsystem für Mikro- und Präzisionsbauteile
    ( 2010)
    Uhlmann, E.
    ;
    Löwenstein, A.
    Eine Möglichkeit, Fertigungsprozesse effizienter zu gestalten, ist die Reduzierung von Nebenzeiten in allen Prozessschritten. Die Nebenzeit beinhaltet unter anderem das Spannen, Messen, Ausrichten sowie Werkzeug- und Werkstückwechseln. Eine schnelle und präzise Werkstückaufnahme in die Werkzeugmaschine ist somit eine Voraussetzung für eine wirtschaftliche Fertigung, gerade im Mikro- und Präzisionsbau. Forschungsingenieure am Fraunhofer IPK entwickeln deshalb aktive und automatisierte Spannsysteme zur Präzisionsausrichtung von Bauteilen in Werkzeugmaschinen für den Maschinen- und Anlagenbau. Das »Active Clamp«-Konzept funktioniert unabhängig vom Maschinentyp, der Anzahl der Bewegungsachsen, vom Werkstückkoordinatensystem, der Maschinensteuerung und der Qualität der Spannflächen und bietet einen hohen Grad an Flexibilität und Effizienz während des Rüstprozesses. Darüber hinaus ist das Spann- und Positionierkonzept skalierbar. Es kann in unterschiedlichsten industriellen Anwendungen, z. B. in Messmaschinen, in Justagebauteilen optischer Systeme oder in der Medizintechnik eingesetzt werden.