WZM II Thema 18
HSC- und HP/UP-Fertigungssysteme
HSC- und HP/UP-Fertigungssysteme
Sie sechs charakterische Anforderungen an die HSC-Bearbeitung
- 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
Nennen Sie sechs spezifische Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsdrehmaschinen
spezifische Anforderungen an HSC
Nennen Sie vier typische konstruktive Merkmale von HSC- Fräsmaschinen
Z-Achse mit Linearmotoren
- Querträger als Schweißkonstruktion
- Hochfrequenzspindel
- X-Y-Kreuztisch als Schweißkonstruktion
- Gestell aus Reaktionsharzbeton
Z-Achse mit HF-Spindel
- Hochfrequenzsspindel
- Zentralrohr
- zwei Synchronlinearmotoren
- Permanentmagnetische Sekundärteile
- Rollenprofilwälzführungen
- Gewichtsausgleichsystem
Nennen Sie jeweils drei Vor- und Nachteile von Hexapod-Parallelkinematiken
Vorteile
- eigensteife Konstruktion
- Stäbe nur auf Zug-/Druck belastet
- einfache Montage
- alle Antriebe sind identisch
- geringe bewegte Massen hohe Dynamik
- einfache Gestellbauweise
Nachteile
- hoher Steuerungsaufwand (6-Achs-Kordinatentransformation)
- Schwenkwinkel der Plattform begrenzt Dreh- und evtl. Schwenkachse erforderlich
- aufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)
- aufwendiges Wegmeßsystem
- große thermische Wirklängen
- ungünstiges Verhältnis von
- Arbeitsraum / Maschinenvolumen
Nennen Sie jeweils drei Vor- und Nachteile von Hexapod-Parallelkinematiken
Vorteile
- eigensteife Konstruktion
- Stäbe nur auf Zug-/Druck belastet
- einfache Montage
- alle Antriebe sind identisch
- geringe bewegte Massen hohe Dynamik
- einfache Gestellbauweise
Nachteile
- hoher Steuerungsaufwand (6-Achs-Kordinatentransformation)
- Schwenkwinkel der Plattform begrenzt Dreh- und evtl. Schwenkachse erforderlich
- aufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)
- aufwendiges Wegmeßsystem
- große thermische Wirklängen
- ungünstiges Verhältnis von
- Arbeitsraum / Maschinenvolumen
Skizzieren Sie den Aufbau eines Fangschildes
Aufbau eines Fangschildes
Was sind die Ursachen für Steifigkeitsverluste und Bahnungenauigkeiten bei Parallelkinematiken? Nennen Sie zudem zwei Lösungen um dieser Problematik entgegenzuwirken.
Nennen Sie zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung.
zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung
Nennen Sie zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung.
zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung
Vergleichen Sie die konventionelle Feindrehbearbeitung, die Hochpräzisionsdrehbearbeitung und die Ultrapäzisionsbearbeitung. Vergleichen Sie hierzu jeweils die eingesetzten Schneidstoffe, bearbeite Werkstoffe und die gängigen Zustellungen/Vorschübe.
Vergleich zwischen Drehverfahren
Vergleichen sie konventionelle Werkzeugmaschinen und Ultrapäzisionsmaschinen hinsichtlich typischer technischer Lösungen für
a) das Maschinenbett
b) Spindellagerung
c) Spannsystem
d) Schnittführung
e) Wegmesssystem
Nennen Sie vier Einflussfaktoren auf den Prozessverlauf und das Arbeitsergebnis bei der HP/UP-Bearbeitung. Nennen Sie zudem jeweils ein Beispiel.
Einflussfaktoren auf den Prozessverlauf:
- Schnittkräfte
- Schnitttemperatur
- Werkzeugverschlei
- Spanbildung
alle Einflussfaktoren:
- Bearbeitungsparameter
- Schnittgeschwindigkeit
- Vorschub
- Schnitttiefe
- Kühlschmierstoff
- Werkzeugmaschine
- statisches Verhalten
- dynamisches Verhalten
- thermisches Verhalten
- tribologisches Verhalten
- Eigenspannungen
- geometrische Genauigkeit
- Umwelt
- Vibration
- Umgebungstemperatur
- Werkzeug
- Werkstoff
- Mikrogeometrie
- Makrogeometrie
- Verschleißzustand
- Werkstück
- Werkstoff
- Härte
- Gefüge
- Einschlüsse
- Vorbearbeitung
- Randzoneneigenschaften
- Spannungen
- Gefügeänderungen
- Werkstücktopographie
- Rauhtiefe
- Reflexionsgrad
- Formgenauigkeit
- Ebenheit
- Zylindrizität
Nennen Sie je ein Anwendungsbeispiel der Ultrapräzisionsbearbeitung in den Gebieten Optik, Fertigungstechnik, Chemietechnik, Maschinenbau und Messtechnik
Fertigungstechnik (Laserbearbeitung)
- Planspiegel
- Parabolspiegel
- Facettenspiegel
Optik
- asphärische Linsen
- Fresnelinsen
- Mikroprismen
Chemietechnik
- Strukturfolien
Energietechnik
- Target-Folien
Drucktechnik
- Prismenspiegel
Welcher Vor- und Nachteile hat ein Vakuumspannfutter bei der Ultrapräzisionsbearbeitung? Nennen Sie insgesamt sechs.
Vorteile eines Vakuumspannfutters:
- 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
Nennen Sie vier Vor- und Nachteile von Granit als Gestellwerkstoff
Vorteile:
- hohe statische und dynamische Steifigkeit
- gute Schwingungsdämpfung
- günstige thermische Eigenschaften
- linearer Wärmeausdehnungskoeffizient ~ 6*10^(-6) [m/m*k]
- geringe Biegung bei einseitiger Erwärmung
- frei von Eigenspannungen
- hohe Langzeitstabilität
- Korrosionsfreiheit
Nachteile:
- keine Formgebung durch Umformverfahren möglich
- Bearbeitung nur mit Diamantwerkzeugen
- Bearbeitung sehr zeit- und kostenintensiv
- komplizierte geometrische Formen sind sehr teuer
Nennen Sie drei Vorteile der HP-Bearbeitung gegenüber dem Schleifen. Nennen Sie zudem jeweils ein Beispiel.
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
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Cartes-fiches
Sie sechs charakterische Anforderungen an die HSC-Bearbeitung
- 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
Nennen Sie sechs spezifische Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsdrehmaschinen
spezifische Anforderungen an HSC
Nennen Sie vier typische konstruktive Merkmale von HSC- Fräsmaschinen
Z-Achse mit Linearmotoren
- Querträger als Schweißkonstruktion
- Hochfrequenzspindel
- X-Y-Kreuztisch als Schweißkonstruktion
- Gestell aus Reaktionsharzbeton
Z-Achse mit HF-Spindel
- Hochfrequenzsspindel
- Zentralrohr
- zwei Synchronlinearmotoren
- Permanentmagnetische Sekundärteile
- Rollenprofilwälzführungen
- Gewichtsausgleichsystem
Nennen Sie jeweils drei Vor- und Nachteile von Hexapod-Parallelkinematiken
Vorteile
- eigensteife Konstruktion
- Stäbe nur auf Zug-/Druck belastet
- einfache Montage
- alle Antriebe sind identisch
- geringe bewegte Massen hohe Dynamik
- einfache Gestellbauweise
Nachteile
- hoher Steuerungsaufwand (6-Achs-Kordinatentransformation)
- Schwenkwinkel der Plattform begrenzt Dreh- und evtl. Schwenkachse erforderlich
- aufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)
- aufwendiges Wegmeßsystem
- große thermische Wirklängen
- ungünstiges Verhältnis von
- Arbeitsraum / Maschinenvolumen
Nennen Sie jeweils drei Vor- und Nachteile von Hexapod-Parallelkinematiken
Vorteile
- eigensteife Konstruktion
- Stäbe nur auf Zug-/Druck belastet
- einfache Montage
- alle Antriebe sind identisch
- geringe bewegte Massen hohe Dynamik
- einfache Gestellbauweise
Nachteile
- hoher Steuerungsaufwand (6-Achs-Kordinatentransformation)
- Schwenkwinkel der Plattform begrenzt Dreh- und evtl. Schwenkachse erforderlich
- aufwendige Lagerung der Beine (Gelenke)
- aufwendiges Wegmeßsystem
- große thermische Wirklängen
- ungünstiges Verhältnis von
- Arbeitsraum / Maschinenvolumen
Skizzieren Sie den Aufbau eines Fangschildes
Aufbau eines Fangschildes
Was sind die Ursachen für Steifigkeitsverluste und Bahnungenauigkeiten bei Parallelkinematiken? Nennen Sie zudem zwei Lösungen um dieser Problematik entgegenzuwirken.
Nennen Sie zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung.
zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung
Nennen Sie zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung.
zwei typische Techniken in der Ultrapräzisionsbearbeitung
Vergleichen Sie die konventionelle Feindrehbearbeitung, die Hochpräzisionsdrehbearbeitung und die Ultrapäzisionsbearbeitung. Vergleichen Sie hierzu jeweils die eingesetzten Schneidstoffe, bearbeite Werkstoffe und die gängigen Zustellungen/Vorschübe.
Vergleich zwischen Drehverfahren
Vergleichen sie konventionelle Werkzeugmaschinen und Ultrapäzisionsmaschinen hinsichtlich typischer technischer Lösungen für
a) das Maschinenbett
b) Spindellagerung
c) Spannsystem
d) Schnittführung
e) Wegmesssystem
Nennen Sie vier Einflussfaktoren auf den Prozessverlauf und das Arbeitsergebnis bei der HP/UP-Bearbeitung. Nennen Sie zudem jeweils ein Beispiel.
Einflussfaktoren auf den Prozessverlauf:
- Schnittkräfte
- Schnitttemperatur
- Werkzeugverschlei
- Spanbildung
alle Einflussfaktoren:
- Bearbeitungsparameter
- Schnittgeschwindigkeit
- Vorschub
- Schnitttiefe
- Kühlschmierstoff
- Werkzeugmaschine
- statisches Verhalten
- dynamisches Verhalten
- thermisches Verhalten
- tribologisches Verhalten
- Eigenspannungen
- geometrische Genauigkeit
- Umwelt
- Vibration
- Umgebungstemperatur
- Werkzeug
- Werkstoff
- Mikrogeometrie
- Makrogeometrie
- Verschleißzustand
- Werkstück
- Werkstoff
- Härte
- Gefüge
- Einschlüsse
- Vorbearbeitung
- Randzoneneigenschaften
- Spannungen
- Gefügeänderungen
- Werkstücktopographie
- Rauhtiefe
- Reflexionsgrad
- Formgenauigkeit
- Ebenheit
- Zylindrizität
Nennen Sie je ein Anwendungsbeispiel der Ultrapräzisionsbearbeitung in den Gebieten Optik, Fertigungstechnik, Chemietechnik, Maschinenbau und Messtechnik
Fertigungstechnik (Laserbearbeitung)
- Planspiegel
- Parabolspiegel
- Facettenspiegel
Optik
- asphärische Linsen
- Fresnelinsen
- Mikroprismen
Chemietechnik
- Strukturfolien
Energietechnik
- Target-Folien
Drucktechnik
- Prismenspiegel
Welcher Vor- und Nachteile hat ein Vakuumspannfutter bei der Ultrapräzisionsbearbeitung? Nennen Sie insgesamt sechs.
Vorteile eines Vakuumspannfutters:
- 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
Nennen Sie vier Vor- und Nachteile von Granit als Gestellwerkstoff
Vorteile:
- hohe statische und dynamische Steifigkeit
- gute Schwingungsdämpfung
- günstige thermische Eigenschaften
- linearer Wärmeausdehnungskoeffizient ~ 6*10^(-6) [m/m*k]
- geringe Biegung bei einseitiger Erwärmung
- frei von Eigenspannungen
- hohe Langzeitstabilität
- Korrosionsfreiheit
Nachteile:
- keine Formgebung durch Umformverfahren möglich
- Bearbeitung nur mit Diamantwerkzeugen
- Bearbeitung sehr zeit- und kostenintensiv
- komplizierte geometrische Formen sind sehr teuer
Nennen Sie drei Vorteile der HP-Bearbeitung gegenüber dem Schleifen. Nennen Sie zudem jeweils ein Beispiel.
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
