Ultrapräzisions-Drehmaschine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das geförderte Großgerät wird im Schwerpunkt im Sonderforschungsbereich (SFB) 926 Bauteiloberflächen – Morphologie auf der Mikroskala eingesetzt. Ziel des SFB 926 ist die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Erzeugung, Charakterisierung und Anwendung funktionsspezifischer Bauteiloberflächen. Im Teilprojekt A04 – Mulitskalenmodellierung und Simulation des Mikrospanens von Titanwerkstoffen wird der Einfluss von Größeneffekten wie etwa der Werkstoffmikrostruktur auf die resultierende Bauteiloberfläche untersucht. Hierzu werden Zerspanversuche zur Analyse der Bauteiloberfläche sowie der Spanbildung durchgeführt. Die Ultrapräzisionsdrehmaschine erlaubt dabei aufgrund ihrer sehr guten Eigenschaften, wie etwa die hohe Steifigkeit und die sehr gute Positioniergenauigkeit, Untersuchungen von Spanungsdicken bis in den Submikrometerbereich. Hierdurch können Rückschlüsse auf die Zusammenhänge zwischen der Spanbildung und der entstehenden Oberflächenmorphologie untersucht werden. Die erzielten Ergebnisse werden außerdem zur Validierung einer gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Technische Mechanik entwickelten Multiskalensimulation des Mikrospanens von Titanwerkstoffen verwendet. Die im Rahmen des SFB 926 hergestellten mikroskaligen Oberflächen stellen hohe Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik. Die Anpassung des Kalibrierprozesses an die spätere Messaufgabe ermöglicht dabei eine deutlich bessere Abschätzung der Messunsicherheit. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Messtechnik und Sensorik erfolgt die Entwicklung und Fertigung neuartiger Kalibriernormale auf Basis realer Bauteiloberflächen. Hierzu werden real gemessen Bauteiloberflächen, unter Berücksichtigung physikalischer Einflussgrößen (z.B. morphologische Filterwirkung der Tastwerkzeuge bei taktilen Messverfahren), transformiert, sodass definierte Kenngrößen abgebildet werden können. Die erzeugten Daten werden dann in ein CNC Programm überführt und mit der Ultrapräzisionsdrehmaschine gefertigt. Aufgrund der hohen Positioniergenauigkeit der Maschine können dadurch die gewünschten Kennwerte mit Abweichungen im einstelligen Nanometerbereich gefertigt werden. Weiterhin wurden Parameterstudien zum Einfluss der Prozessgrößen durchgeführt. Ziel des SPP 1476 ist die Entwicklung einer an die Anforderungen der Mikrobearbeitung angepasste Werkzeugmaschine. Im Teilprojekt „Werkzeugspindel mit auswechselbaren Rotormodulen“ wird am Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation das Ziel verfolgt, eine Luftlagerspindel zu entwickeln, welche selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist. Die Spindel zeichnet sich weiterhin durch ihre geringen Abmessungen und ihr sehr geringes Gewicht aus. Um die hohe Rundlaufgenauigkeit zu erreichen ist eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit zu gewährleisten. Die geförderte Ultrapräzisionsdrehmaschine erfüllt dabei aufgrund der hohen Plan- und Rundlauflaufgenauigkeiten die Anforderungen, die für die Fertigung des Stators sowie der Rotormodule benötigt sind, sodass ein Luftspalt von unter 2°μm erreicht werden kann. Weiterhin wurde die Maschine im Reinhard Koselleck-Projekt „Schleifbearbeitung komplexer Strukturen im Nanometerbereich“ sowie im InnoProm Projekt „Desktopbearbeitungsmaschine für die spanende Mikrobearbeitung von Kunststoffen“ zur Herstellung von Komponenten wie zum Beispiel von Schleif- und Werkzeugspindeln eingesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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High-frequency toolspindle for multifunctional, replaceable rotor-modules. Production Engineering - Research and Development 7/5 (2013): S. 555-560
J.C. Aurich, C. Müller, M. Walk
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Investigation of the resulting surface in ultraprecision turning of crystalline titanium. 13th International Conference of the European Society for Precision Engineering & Nanotechnology 2 (2013): S. 72-75
F. Schneider, R. Lohkamp, F.J.P. Sousa, R. Müller, J.C. Aurich
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Analysis of the Surface Integrity in Ultraprecision Cutting of Cp-titanium by Investigating the Chip Formation. Procedia CIRP 13 - Proceedings of the 2nd CIRP Conference on Surface Integrity (2014): S. 55-60
F. Schneider, R. Lohkamp, F.J.P. Sousa, R. Müller, J.C. Aurich
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Design and numerical simulation of an air turbine for a high frequency tool spindle 9th International Conference on Micro Manufacturing (2014)
C. Müller, I.G. Reichenbach, J.C. Aurich
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Development of a Quick-Stop-Device to investigate chip formation in micro- and nanomachining. 14th International Conference of the European Society for Precision Engineering & Nanotechnology 2 (2014): S. 91-94
F. Schneider, M. Bohley, R. Lohkamp, F.J.P. Sousa, R. Müller, J.C. Aurich
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Integrated Desktop Machine Tool for Manufacturing and Application of Ultra-small Micro Pencil Grinding Tools. Procedia CIRP 14 – Proceedings of the 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting (2014): S. 333-338
M. Walk, J.C. Aurich
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Ultrapräzisionsbearbeitung von cp-Titan - Untersuchung des Einflusses von Größeneffekten auf das Bearbeitungsergebnis. wt Werkstattstechnik online 104/5 (2014): S. 279-287
F. Schneider, R. Lohkamp, F. Sousa, R. Müller, J.C. Aurich
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Contamination of roughness artefacts - impacts on the measurement result 15th international conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology (2015): S. 119-120
M. Eifler, F. Schneider, M. Bohley, J.C. Aurich, J. Seewig
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Micro grinding with ultra small micro pencil grinding tools using an integrated machine tool. CIRP Annals – Manufacturing Technology 64 (2015): S. 325-328
J.C. Aurich, M. Carrella, M. Walk
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Praxisnahe Kalibrierung von Messgeräten - Entwicklung und Fertigung von Kalibrierung auf Basis realer Bauteiloberfläche. VDI-Z Integrierte Produktion 157/7-8 (2015): S. 32-34
F. Schneider, M. Eifler, B. Kirsch, J. Seewig, J.C. Aurich
