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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationSchneidkantenpräparation von VHM-Mikrofräsern( 2015)
;Uhlmann, E. ;Oberschmidt, D. ;Löwenstein, A. ;Polte, M.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. -
PublicationAutomatisierte Qualitätskontrolle( 2015)
;Uhlmann, E. ;Oberschmidt, D. ;Löwenstein, A. ;Kuche, Y.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. -
PublicationComputertomographie für die Instandhaltung elektronischer Komponenten( 2014)
;Uhlmann, E. ;Oberschmidt, D. ;Löwenstein, A.Sawczyn, N.Für die Instandhaltung von elektronischen Komponenten wurde eine innovative Prozesskette (INPIKO Prozesskette), die sowohl optische als auch elektronische Prüfverfahren miteinander verbindet, entwickelt. Die Einbeziehung der industriellen Computertomographie bietet eine Vielzahl an Vorteilen und ermöglicht neue Ansätze für die Instandhaltung elektronischer Komponenten. Anhand von Untersuchungen am Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK konnten Einflussfaktoren auf die Bildqualität bzw. der Güte der Rekonstruktion quantifiziert werden. Anhand der Ergebnisse ist eine Reduzierung der Messzeit durch eine anwendungsspezifische Anpassung der Anzahl der Projektionen möglich. Im Zuge weiterer Untersuchungen werden weitere relevante Einflussgrößen bei der Anwendung industrieller Computertomographie für die Instandhaltung elektronischer Komponenten quantifiziert. Daraus wird dann eine allgemeingültige Messmethodik für die Instandhaltung elektronischer Komponenten mittels industrieller Computertomographie abgeleitet. -
PublicationNew PCD tools for micro machining( 2012)
;Uhlmann, E. ;Löwenstein, A. ;Mahr, F.Langmack, M.A new tool concept for high precision milling, using polycrystalline diamond (PCD) as full cutting edge material, has been developed at Fraunhofer IPK. This paper gives detailed information on the tool concept, the production of the PCD tools and the results of first milling tests. -
PublicationTwo approaches to use phase measuring deflectometry in ultra-precision machine tools( 2012)
;Faber, C. ;Kurz, M. ;Röttinger, C. ;Olesch, E. ;Domingos, D. ;Löwenstein, A. ;Häusler, G.Uhlmann, E.In this paper, current results of an ongoing research project to integrate phase measuring deflectometry into an ultra precision machine are discussed. Two setups for machine integrated measurements of diamond turned specular parts are presented. -
PublicationSchneidkantenpräparation von Mikrofräsern( 2011)
;Uhlmann, E. ;Löwenstein, A. ;Mahr, F.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. -
PublicationSpannsystem zur Kompensation von Winkelabweichungen( 2011)
;Uhlmann, E. ;Essmann, J. ;Löwenstein, A. ;Hinze, M.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. -
PublicationPerformance characteristics of coated micro milling tools( 2011)
;Mahr, F. ;Löwenstein, A. ;Raue, N.Oberschmidt, Dirk -
PublicationAktives Spannsystem: Positionieren von Präzisionsteilen in der Werkzeugmaschine( 2011)
;Uhlmann, E. ;Oberschmidt, D. ;Essmann, J. ;Langmack, M.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. -
PublicationEntwicklung eines aktiven Spannsystems zur hochpräzisen Kompensation von Winkelfehlern bei der Positionierung von Präzisionsbauteilen in Werkzeugmaschinen( 2011)
;Uhlmann, E. ;Oberschmidt, D. ;Essmann, J. ;Löwenstein, A. ;Pagel, L. ;Gaßmann, S.Hinze, M.Aufgrund der andauernden Produktminiaturisierung floriert der Markt für Mikrobauteile wie nie zuvor. Zur nachhaltigen Sicherung der internationalen Konkurrenzfähigkeit in diesem Markt muss die Produktivität der Fertigung gesteigert werden. Die Reduzierung der Nebenzeiten in der Produktion ist hierfür ein probates Mittel. Das bedeutet u. a. die exakte, schnelle und reproduzierbare Positionierung von Bauteilen in Werkzeugmaschinen durch Spannen, Messen, Ausrichten, und Werkstückwechseln. In der Mikroproduktion sind Strukturgrößen und Fertigungstoleranzen im Bereich einiger Mikrometer üblich. Um die genannten Prozessschritte automatisiert mit einer Präzision im Submikrometerbereich zu realisieren wurde innerhalb des hier vorgestellten Projektes eine neue Generation von Spannsystemen entwickelt. Die Projektergebnisse des InnoNet-Projekts ActiveClamp wurden durch ein interdisziplinäres Konsortium, koordiniert durch das Fraunhofer IPK, in dem Zeitraum vom 1.1.2009 bis zum 31.12.2010 erarbeitet. Neben zwei Forschungseinrichtungen waren sechs Unternehmen beteiligt. Das Projekt wurde finanziert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Der im Projekt entstandene Prototyp ist in der Lage, Winkelfehler von 10 mrad mit einer Auflösung von 0,002 mrad zu kompensieren. Die Werkstücke werden über ein pneumatisch betätigtes Nullpunktspannsystem aufgenommen. Für den Winkelfehlerausgleich sind hochgenaue Piezomotoren im Ein satz. Für den Betrieb dieser Piezo-Antriebe wurde eine bislang einzigartige Ansteuerung realisiert. Hierzu wurde eine Hardware entwickelt, die eine maximale Ausgangssignalfrequenz von 200 Hz bei einer maximalen Phasenkapazität von 27 MikroF erreicht. Zudem verfügt die Firmware der Ansteuerung über sechs verschiedene Signalformen, wobei die Schrittauflösung zwischen 32 und 1024 Schritten pro Signalperiode variiert werden kann. Dadurch wird eine minimale Schrittauflösung des verwendeten Antriebssystems von wenigen Nanometern erreicht. Mit Hilfe der eigens entwickelten Softwareanwendung und der intuitiven Benutzeroberfläche können die Parameter der Ansteuerung jederzeit konfiguriert und so verschiedenen Anwendungen angepasst werden. Zur Positionsregelung werden kapazitive Sensoren mit einer Auflösung von 20 nm genutzt. Bei diesen hohen Präzisionsanforderungen können aufgrund des Stick-Slip Effektes keine konventionellen Gelenke eingesetzt werden. Daher wurden Festkörpergelenke entworfen bei denen selbst bei kleinen Bewegungen keine Haftreibung auftritt. Da das Konzept skalierbar ist, kann es für unterschiedliche industrielle Anwendungen, wie z. B. Messmaschinen, Justageanlagen, optische Systeme und medizintechnische Geräte, eingesetzt werden.