Versuchsplattform zur Entwicklung von Methoden für die Präzisionswuchtung in der Mikrozerspanung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die hier beschriebenen Ergebnisse zur Untersuchung von unwuchtbedingten Oberflächeneffekten bei der Diamantbearbeitung zeigen eine Beeinflussung der Formabweichung in Abhängigkeit von der vorliegenden Wuchtgüte aber auch der anliegenden Drehzahl. Der Einfluss der Unwuchten auf die Rauheiten konnte noch nicht identifiziert werden, oder ein solcher ist nicht oder nur in geringem Maße vorhanden. Eine Form der Bearbeitung, die in dem beschriebenen Forschungsprogramm nicht untersucht werden konnte, ist die Bearbeitung von nicht symmetrischen Bauteilen oder auch von außermittig aufgenommenen Bauteilen. In beiden Fällen kommt es zu einer zusätzlichen Stoßbelastung, wenn das Werkzeug bei jeder Umdrehung (auch bei mehr als einem Bauteil) in das Bauteil eindringt. Es wäre zu untersuchen, inwieweit Unwuchten und/oder die Kombination mit einem periodischen Stoß die Oberflächentopografie oder den Prozess beeinflussen. Außerdem haben die Arbeiten mit der Versuchsplattform gezeigt, dass der gewählte Ansatz zur Integration einer 2-Ebenen-Wuchtung noch nicht optimal ist. Gängige Ultrapräzisionsmaschinen sind der Versuchsplattform aufgrund der konstruktiven und steuerungstechnischen Schwächen hinsichtlich ihrer Bearbeitungsqualität deutlich überlegen, obwohl diese nur über eine manuelle 1-Ebenen-Wuchtung verfügen. Auch ist es nicht möglich, diese Qualitätseinbußen aufgrund mangelnder Steifigkeit durch die 2-Ebenen-Wuchtung zu kompensieren. Allerdings stellt das automatische Wuchtsystem eine deutliche Erleichterung für den Maschinenbediener bei der Einrichtung einer Bearbeitungsaufgabe dar. Das in die Versuchsplattform integrierte Wuchsystem erschien zum Zeitpunkt der Konstruktion als beste Lösung. Im Verlauf der Arbeiten hat sich gezeigt, dass für die Ultrapräzisionsbearbeitung die Kapazität der Wuchtkompensatoren zu gering ist und die Auflösung des Verstellmechanismus feiner sein müsste. Vorstellbar ist eine Kombination aus manueller Grobwuchtung und einer automatischen Feinwuchtung. Ein erster Ausgleich einer größeren Unwucht ist oft intuitiv ohne viel Messaufwand durchführbar, die Feinwuchtung benötigt dagegen eine Vielzahl von Messungen, um iterativ ein genaues und zufriedenstellendes Ergebnis zu bekommen. Für die Integration einer 2-Ebenen-Wuchtung erscheint außerdem das Antriebskonzept von Utrapräzisionsmaschinen überdenkenswert. Gewöhnlich sind die Luftlagerspindeln direkt angetrieben, so dass keine Möglichkeit besteht eine zweite Wuchtebene hinter dem Lager zu platzieren. Bei dem auf der Versuchsplattform gewählten Konzept sind Lager und Motor über eine Kupplung miteinander verbunden. Dies ermöglichte eine zweite Wuchtebene hinter dem Lager zu verwenden, führte jedoch auch dazu, dass die Motorachse und die Spindelachse sehr genau ausgerichtet werden musste. Daher war eine mehrachsige Verstellmöglichkeit für den Motor notwendig, um die Achsen exakt zu fluchten. Bei einer Abweichung von mehr als einigen 10 µm werden vom Motor Zwangskräfte auf die Spindel übertragen, die den Unwuchtzustand wesentlich beeinflussen. Diese Zwangskräfte könnten außerdem dazu führen, dass die Luftlagerspindel so stark ausgelenkt wird, dass diese das Gehäuse berührt, was zur Zerstörung der Lagerflächen und somit des Luftlagers führen würde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Precision Balancing in Diamond Machining - Spindle-System/Workpiece Interaction”. CIRP Presentation of research topics on process machine interaction "PMI", Paris, Frankreich, 2007
Brinksmeier E.
- „Precision balancing in ultraprecision diamond machining“. Proc. 8th International Conference and Exhibition on Laser Metrology, Machine Tool, CMM & Robotic Performance, Cardiff, Großbritannien, 25.06 - 28.06.2007, S. 262 - 269
Brinksmeier, E.; Gläbe, R.; Krause, A.
- “Balancing-dependent Surface Generation in Ultraprecision Diamond Machining”. CIRP Presentation of research topics on process machine interaction "PMI", Paris, Frankreich, 2008
Brinksmeier, E.
- „Dual plane balancing for diamond machining processes“. Proc. 3rd CIRP International Conference on High Performance Cutting, Dublin, Irland, 12.06 - 13.06.2008
Brinksmeier, E.; Krause, A.
- „Dual plane balancing in ultraprecision diamond machining“. Proc. 10th International Conference of euspen, Zürich, Schweiz, 18.05. - 22.05.2008
Brinksmeier, E.; Krause, A.
- „Process Machine Interaction Model for Turning Processes”. Proc. of the 1st International Conference on Process machine Interactions, Hannover, Deutschland, 03.09 - 04.09.2008, S. 239-246
Brandt, C.; Karimi, H.R.; Piotrowska, I.; Niebsch, J.; Ramlau, R.; Krause, A.; Riemer, O.; Maaß, P.
- „Surface Generation in Ultraprecision Diamond Machining utilizing Dual-Plane Balancing“. Proc. 1st CIRP International Conference on Process Machine Interaction, Hannover, Deutschland, 03.09 - 04.09.2008
Brinksmeier, E.; Krause, A.
- “Force modelling in diamond machining with regard to the surface generation process”. Proc. of the 9th International Conference and Exhibition on Laser Metrology, machine tool, CMM and robotic performance, London, 30.06.-02.07.2009, S. 377-386. ISBN 978-0-9553082- 7-7
Brandt, C.; Krause, A.; Brinksmeier, E.; Maaß, P.
