Ultrapräzise Fräsbearbeitung mit mehreren Diamantwerkzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ekkard Brinksmeier
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211652309

Die ultrapräzise Fräsbearbeitung mit mehreren Diamantwerkzeugen erfordert aufgrund der engen Toleranzen in der UP-Bearbeitung zwangsläufig eine Verstellmöglichkeit zur Angleichung der Flugkreisradien der an der Oberflächenerzeugung beteiligten Werkzeuge.Im Rahmen der 1. Förderphase der Forschergruppe FOR1845 Ultra-precision high performance cutting konnte in TP1 gezeigt werden, dass die kontrollierte Erwärmung eines thermo-mechanischen Verstellelementes die präzise Einstellung der resultierenden thermischen Dehnung über einen Bereich von mehreren Mikrometern mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich erlaubt. Das Konzept wurde in einen prototypischen Werkzeughalter überführt mit dem zum Ende der Förderphase einfache Fräsaufgaben durchgeführt werden können.Die Arbeiten der 2. Förderphase konzentrieren sich nun auf die Anwendung des Werkzeughalters in einem realen UP-Fräsprozess. Das übergeordnete Ziel ist die systematische und methodische Ermittlung der Prozess- und Systemgrenzen für die ultrapräzise Fräsbearbeitung von optischen Funktionsflächen mit mehreren parallel im Eingriff befindlichen Diamantschneiden. Hierzu wird zunächst eine Methodik zur prozesssicheren Bestimmung des radialen Versatzes mehrerer Diamantschneiden erarbeitet. Dies ist erforderlich, um den Ist-Zustand des Werkzeughalters vor der Bearbeitung zu erfassen und daraus die Sollwerte für die Werkzeugverstellung zu generieren. Im Anschluss erfolgt der Einsatz des Werkzeughalters in UP-Fräsprozessen, um eine Rückkopplung der Bearbeitung/Zerspanung auf das thermo-mechanische Verstellsystem zu erhalten. Diese wird zum einen zur Verifikation der im Rahmen der 1. Förderphase erstellten Modelle genutzt und dient zum anderen zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit der Werkzeugverstellung unter realen Bedingungen.Da sich aus der Möglichkeit einer definierten Schneidenverstellung in der Diamantbearbeitung neue Ansätze in der Prozessführung ultrapräziser Bearbeitungsverfahren ergeben, werden diese ebenfalls in der 2. Förderphase evaluiert. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang die Umsetzbarkeit zusätzlicher Verstellmöglichkeiten durch asymmetrische Erwärmung des Aktors sowie die Nutzung des Konzeptes zur Feinstwuchtung betrachtet.Zum Ende der 2. Förderphase wird die thermo-mechanische Werkzeugverstellung zusammen mit den in den anderen Teilprojekten entwickelten Komponenten in eine gemeinsame Demonstationsplattform der FOR1845 integriert und auf ihre Leistungsfähigkeit im Verbund untersucht. Hierzu werden komplexe UP-HPC-Fräsversuche mit Mehrfachwerkzeugen, hohen Spindeldrehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten sowie modellbasierten Kompensationsstrategien durchgeführt und mit konventionellen UP-Fräsprozessen verglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1845: Ultrapräzise Hochleistungsbearbeitung
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Oltmann Riemer