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CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Vorstellung eines Konzeptes für den Bau von Sondermaschinen für die Mikrozerspanung
Veranstaltung: Workshop zur Fertigung von kleinen Präzisionsteilen für die Medizin-technik und Analytik
Ort: Bessy mbH Berlin
Termin: 24.01.2008
Referent: Dr.-Ing. Reinhard SteinhagenCIM-Technologie-ZentrumWismar e.V.
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Firmensitz 23966 WismarAlter Holzhafen 17a
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Firmensitz 23966 WismarAlter Holzhafen 17a
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Geschäftsbereiche:
- Bildungsforschung(Methodik, Didaktik)
- Personalentwicklungs-und Bildungskonzepte
- fachspezifische Weiter-bildungsmaßnahmen(Transfer der eigenenFuE-Ergebnisse)
NEMO- SOMANET (geförd. 02-05)
- KOMETAN (geförd. 04-07)
- MEDIFER (geförd. 06-09)
- PROSIT (geförd. 07-10)
Sonstige- Q-TOP (geförd. 97-05)
Maschinenbau / Auto-matisierungstechnik- Produktentwicklung- Verfahrensentwicklung- Sondermaschinenbau- Compound-Bauweise- Mikrobearbeitung- Qualitätssicherung
Weiterbildung - öffentlich gefördert- teilnehmerfinanziert
Netzwerkmanagement- öffentlich gefördert - NEMO- unternehmensfinanziert
Forschung- öffentlich gefördert- Auftragsforschung
Status: - juristisch selbstständige Forschungs- und Weiterbildungseinrichtung- gemeinnützig - staatlich anerkannte Einrichtung der Weiterbildung
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Ingenieurbüro für Automation GmbHSPS GmbH Moitin
Konzept für den Bau von Sondermaschinen für die Mikrozerspanung
Beteiligte Partner:
CIM-Technologie-ZentrumWismar e.V.Alter Holzhafen 17a23966 Wismar
SPS GmbH MoitinNeubukower Str. 418233 Moitin
IbA – Ingenieurbüro fürAutomation GmbHMühlenweg 1518198 Stäbelow
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Anforderungen: - Fertigung von kleinen Teilen und Strukturen(Medizintechnik, Sensortechnik, Analytik,Brennstoffzellentechnik, …) im Prototyping
- Fertigungstechnologie ist oft unklar
Beispielteile aus der Literatur
Untersuchung zu möglichen Fertigungstechnologienfür das Prototyping
Konzipierung einer wirtschaftlichen Serienfertigungfür kleine Teile und Strukturen
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Mikromaster (Fa. Kugler)
Microgantry GU (Fa. Kugler)
TruLaser Cell (Fa. Trumpf)
Verfügbare Werkzeugmaschinen
14 Hersteller von Werkzeugmaschinen zur Mikro-bearbeitung in Deutschland und in der Schweiz bekannt
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Auslösungsgründe:
- vorhandene Maschinen sind Universalmaschinen und für viele Fertigungsaufgaben in einer Serienfertigungüberdimensioniert (Auswertung von 40 Maschinen)x-y-z-Achsen 100 – 600 mmLeistung Hauptspindel 0,5 – 32 KWmax. Aufspanngewicht 5.0 – 600 kgPositionsabweichung 1,0 – 6 µm
- vorhandene Maschinen sind für eine wirtschaftliche Fertigung oft zu teuer
Zielstellung des Konzeptes:
- so gross wie nötig
- so genau wie nötig- so kompliziert wie nötig
- so teuer wie nötig
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Vorgehensweise bei der Projektierung von Sondermaschinen zur Mikrozerspanung :
Fertigungsaufgabe
Sondermaschine
ProjektierungKonstruktion
FertigungMontage
Inbetriebnahme
1. Werkstück- Werkstückspannung- Werkstückwechsel
2. Bearbeitungseinheit- Hochfrequenzspindeln unterschiedlicher
Leistung 150 W – 1.000 W Drehzahl 50.000 – 200.000 min-1
Rundlauf 2 – 6 µmSpindelkühlung ohne, Luft, WasserLängenkompension mit, ohne
- Laseroptik für Faserlaser unterschiedlicher Leistung zum Schneiden, Abtragen/Strukturieren, Schweißen
- Messkopf3-D-Taster, Lasermesskopf, Messoptik, …
3. Achssysteme - Lagerung - Prismenführung, Luftlagerführung- Antrieb - Direktantriebe, bürstenlose Servomotore- Positionsbestimmung über Encoder oder Weg-
messsysteme mit hochgenauen GlasmaßstäbenLinearachsen- Verfahrwege 25 - 300 mm- Positioniergenauigkeit 0,5 – 6,0 µm- Tragfähigkeit 2,5 – 100 kg- max. Verfahrgeschwindigkeit 3 mm/s – 2 m/sRotationsachsen 360°- Positioniergenauigkeit 2 – 50 arc sec
4. Gestell- optimale individuelle Gestaltungsform - verschiedene Gestellformen – C-Gestell, L-Gestell,
Portal-Gestell, Kreuzportalgestell- hohe Steifigkeit und gute Dämpfungseigenschaften
durch die Verwendung von Granit- zusätzliche Dämpfung durch Compound-Bauweise- optimiertes Gewicht- Aufnahme auf luftgelagerten Schwingungs-
dämpfern mit und ohne Niveauregulierung
5. Maschinenrahmen- ITEM-Profilsystem- ITEM-Bauelemente
6. Periphere Einrichtungen- Späneentsorgung- Kühlung- Prozessvisualisierung- In-Prozessmessung- Werkzeugwechsel- Werkstückwechsel- Beleuchtung
7. Steuerung- PC-gestützte Soft-CNC, Bahnsteuerung- IEEE-1394 Industrienorm-, Hochleistungs-
kommunikationsnetzwerk zu allen Controllern- Steuerung von bis zu 32 Achsen- Positionssynchronisierte Ausgänge- umfassende E/A-Leistung
8. Verkleidung- Verkleidung des Arbeitsraumes entsprechend
sicherheitstechnischen Anforderungen- funktionelle und leicht demontierbare
Abdeckungen
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen
1. WerkstückTeil - Sensoreinsatz Durchmesser 20 mmHöhe 2 mm
Aufgabe - strukturierenNutbreite 0,2 mmNuttiefe 0,2 mmStegbreite 0,2 mmToleranz +/- 5 µm
WerkstückspannungVakuumspannungMehrfachspannung
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschinezum Mikrofräsen
2. BearbeitungseinheitHochfrenzspindelDrehzahl 80.000 mm-1
Leistung 150 WLagerung KeramikRundlauf < 3 µmSpannbereich 0,3 - 4,0 mmKühlung EigenluftEinspannung d = 33 mm
BefestigungKühlkörperAdapterplatten
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschinezum Mikrofräsen
3. AchssystemZ-Achse (Hubtisch) Verfahrweg 25 mmGenauigkeit +/- 1 µmLastaufnahme 25 kg
Y-AchseVerfahrweg 100 mmGenauigkeit +/- 0,5 µmLastaufnahme 25 kg
X-AchseVerfahrweg 200 mmGenauigkeit +/- 0,5 mmLastaufnahme 25 kg
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen
4. C-GestellTisch Granit (massiv)Größe 600 x 500 x 1202 Spannnuten1 Führungsnut (10H7)
SäuleGranit (Compound-BW)28 Segmente a 20 mmeingekl. Gewindeeinsätze
Winkligkeit < 5 µmEbenheit < 3 µm
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen
5. MaschinenrahmenSchwingungsdämpfer 4 Gummi-Luftfedereinstellbare DämpfungNiveauregulierung
RahmenItem-Profilsystem
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen
6. Periphere EinrichtungenOptik 2 Industriemikroskope400-fache VergrößerungProzesskontrolleNullpunktbestimmungMessungen
Absaugung
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Beispielhafte Projektierung einer Sondermaschine zum Mikrofräsen
7. SteuerungPC-gestützte Soft-CNCAchsreglerFU für SpindelBedieneinheitNetzteile, Sicherungen, …
8. VerkleidungArbeitsraumverkleidungAbdeckungen
CIM-Technologie-Zentrum Wismar e.V.
Beispielhafte Sondermaschinen zum Mikrofräsen
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Beispielhafte Sondermaschinen zum Mikrofräsen
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Beispielhafte Sondermaschinen zum Mikrofräsen