institut für fertigungstechnik u. hochleistungslasertechnik · 2013. 7. 24. · institut für...

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Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik

Technische Universität Wien

Institutsprofil

Institut für Fertigungstechnik

u. Hochleistungslasertechnik

Vorstand Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 28. Februar 2013

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Überblick

1 Institutsorganisation

2 Arbeitsgruppen

3

4

IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte

researchTUb - Tätigkeitsfelder

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IFT - Organisation und Forschungsbereiche


und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher

Fertigungs-

automatisierung Technologie

Produktionsmess-

technik u. Qualität

Werkzeugmaschinen u.

Fertigungssysteme

Labor für

Produktionstechnik

Präzisionsmesslabor

Labor für

Fertigungstechnik

Laser- und

Umformtechnik

Automatisierungstechnik

NC-Steuerungstechnik

Mechatronik

Robotik

Fertigungsleittechnik

Produktionsplanung und

-steuerung

Produktionsqualität

Produktionsmesstechnik

Entwicklung von

Messtechnikapplikationen

Nanometrologie

GPS - Geometrische

Produktspezifikation

Laserbearbeitung

laserunterstütztes

Umformen

Laser- und

Optikentwicklung

Technologieentwicklung u.

-optimierung

spanende und

umformende Fertigung

elektro-chemische Verf.

adaptronische Verfahren

hybride Verfahren

Auslegung u. Optimierung

von Werkzeugmaschinen

Anlagenkonzepte

Layoutplanung

Handhabungstechnik

messtechnische Evaluierung

Labor für Laser-

und Umformtechnik

Forschungsbereich

Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher

Forschungsbereich

Lasergestützte Fertigung Univ.Prof.Dr.Ing. A. Otto

Innovations- und

Applikations-

Labor

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IFT - Ausrichtung in Forschung und Lehre


und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher

Grundlagenforschung, experimentelle Forschung

Grundlagenausbildung und Vertiefung, Studienarbeiten, HIWI

Forschungsbereich

Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher

Anwendungsorientierte Forschung, Auftragsforschung

Best-In-Class-Implementation und Applikation

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Überblick


2 Arbeitsgruppen

3

4



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IFT - Arbeitsgruppen


und Qualität ao.Univ.Prof. Dr. N. Durakbasa

Ing. Nirtl

Produktionsqualität


Nanometrologie

GPS – Geometrische Produktspezifikation

Fertigungsautomatisierung ao.Univ.Prof. Dr. B. Kittl

DI Ch. Habersohn

NC-Steuerungstechnik

PLC, IPC, Kommunikation

Mechatronik

Fertigungsleittechnik

Produktionsplanung und -steuerung

digitale Fabrik

virtuelle Produktion

Technologie Univ.Prof. Dr. F. Bleicher

DI J. Bernreiter

Werkzeugmaschinen und

Fertigungssysteme Univ.Prof. Dr. F. Bleicher

ao.Univ.Prof. Dr. B. Katalinic/DI T. Mikats spanende Fertigung - geometr. best. Schn.

spanende Fertigung - geometr. unbest. Schn.

chemische, elektro-chemische Verfahren

Rapid Prototyping

adaptronische Verfahren

hybride Verfahren

Werkzeugmaschinenstrukturen

Mehrprozessmaschinen

Handhabungstechnik und Robotik

Technologieintegration (hybride Systeme)

Layout und Anlagenkonzepte

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Arbeitsgruppe Präzisionsmesstechnik und Qualität

Taktile Hochpräzisions-

messungen in 3 Ebenen mit

Koordinatenmessmaschinen

Verschleißdokumentation

von Schneidkanten

3D-Vermessung komplexer

Bauteile

Optische Schneidkanten-

vermessung mit

Fokusvariation

Härteprüfung nach Vickers

Messung von Oberflächen-

rauhigkeiten

Hartdrehen, Längsbearb.

Nach 2 Schnitten:

Schnittlänge = 318mm


Nach 6 Schnitten:



Nach 4 Schnitten:



Nach 24 Schnitten:


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/3a/Crater_wear.png

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Arbeitsgruppe Fertigungsautomatisierung

Steuerungskonzepte

Optimierung von

Steuerungen

NC Programmierung und

Simulation, CAM

Softwareentwicklung für

Maschinenbau

Flexible Automation – Robot

Aided Reconfiguration

Maschinen

Systemintegration - Adaptive

manufacturing

Robotik im Bauwesen


Maschinenvermessung und

Kalibrierung

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Arbeitsgruppe Technologie

Zerspanung mit geometrisch bestimmten

Schneiden

Zerspanung mit geometrisch

unbestimmten Schneiden

Montagetechnik

Grundlagenforschung zu

Fertigungstechnologien, wie z.B.

Festklopfen, Zerspanung von

Faserverbunden

Verfahrensentwicklung und -optimierung

Verschleißuntersuchung

Kühlschmiertechnologie

Mengenoptimierung

Trockenbearbeitung

Messtechnische Prozessuntersuchung

(Zerspankraft, Temperatur)

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Arbeitsgruppe Werkzeugmaschinen u. Fertigungssysteme

Entwicklung von

Werkzeugmaschinen

Auslegung und Simulation von

Werkzeugmaschinen (CAD-FEM)

Messtechnische Untersuchung

von WZM-Strukturen

Optimierung von

Maschinenkomponenten

Simulation (FEM)

Statische und dynamische

Analysen

Energieeffizienz

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Überblick


2 Arbeitsgruppen

3

4



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Ausgewählte Forschungsschwerpunkte

3.1 Schlagverdichten

3.2 Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen

3.3

3.4

Schwingungsunterstützte Bearbeitung

Ultraschallunterstützte Schleifen

3.5 Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen

3.6 X-CUT

3.7

3.8

Inversbearbeitungsmaschine

Energieeffizienz

3.9 Komplettbearbeitung komplexer Bauteile

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Schlagverdichten (1)

Druckeigenspannungen

Prozessparameter

Härtesteigerung Oberflächen-

topographie

Materialverhalten

Maßgebliche Effekte

Effekte

Einbringen von Druckeigenspannungen

Härtesteigerung

Oberflächenglättung

gezielte Oberflächenstrukturierung

mechanisches Legieren

um etwa 30% reduzieren.

Bild 1: a) Aktuator b) Gefräste (links) und geklopfte (rechts) Oberfläche

Lagerung

Tauchspule

Magnet

Kolben

Hartmetall-

kugel

Rückstellfeder

(a) (b)

elektro-

mechanischer

Aktor

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Schlagverdichten (2)

Oberflächenglättung und -strukturierung

Einbringung von Druckeigenspannungen

Vor Schlagverdichten: Nach Schlagverdichten:

MHP

Probenmaterial: AISI 52100 (100Cr6)

Zweckmäßig geformte Stößelspitzen

Gezielte Strukturierung (Riblet-Strukturen)

Oberflächenglättung spielgelglatte Oberflächen

Durch Prozessparameteroptimierung

keine Höhendifferenz (Aufmaß)

Riblet-Strukturen (Al):

Eigenspannungen an der Oberfläche -1064,8 MPa

Maximal Wert (z=6µm) -1150 MPa

Einbringungstiefe (Nulldurchgang) 945 µm

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Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen

Rohmaterial Form-

gebung

Aushärten Bearbeitung Verbind-

ungstechnik

Montage Werkstück

Böllhoff Jaguar DPA

Voraforce BMW High-Z

Prozesskette der CFK-Bauteilfertigung

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Schwingungsunterstützte Bearbeitung (1)

Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik

mehrachsige Bewegung

VT: verbesserter Spanbruch, Kühlung der Werkzeugschneide

sind aerostatisch gelagert und werden von 32 Piezo-Elementen betätigt.

Bild 1: Zweiachsiger Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik

Beschleunigung

Bediener

Steuerung

Hub

Generator

Piezo-Aktor (2 Stacks)

x

y

Beschleunigungssensor

Positions-

sensor X

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Drehbearbeitung, f = 178 Hz, A = 10 µm, Luft-Kühlung

Material X2CrNiMoN22-5-3, D = 76,4 mm

Werkzeug HC - CVD

Schnittgeschw. vc = 60 m/min Vorschub f = 0,05mm

Schnitttiefe ap = 0,2 mm

Schwingungsunterstützte Bearbeitung (2)

Werkstück-

Oberfläche

mit Vibrations-

unterstützung

ohne Vibrations-

unterstützung

32 Piezo-Stacks

Hub X/Y = 20µm/20µm

Steifigkeit = 14N/µm

fmax = 500Hz

verschiedene Schwingformen

f

9µ

m

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kleiner als ein Mikrometer ausfällt. Die folgende Abbildung zeigt die Aktorik.

Bild 1: Geschwindigkeitsanteile an der Schneide bei der US-unterstützten Zerspanung

Die tatsächliche Amplitude am Schneideneingriff resultiert aus einer

Ultraschall-

schwingung

Rotation

Werkzeug

Vorschub

Werkstück

Werkzeug

Piezo-Aktoren Werkzeughalter

US-unterstütztes Schleifen (1)

vw … Werkstückgeschwindigkeit

rs … Radius des Schleifwerkzeuges

s … Winkelgeschwindigkeit des WZ

AUS … Amplitude der Ultraschallvibration

fUS … Frequenz der Ultraschallvibration

0 … Phasenverschiebung der US-Vibration

02

tfA

tr

trtv

tz

ty

tx

ts

USUS

ss

ssw

sin

cos

sin

)(

)(

)(

)(

Trajektorie s(t) eines einzelnen Kornes:

fUS = 19.691 Hz

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US-unterstütztes Schleifen (2) - Verschleiß

1

2

500 µm 1 mm

1 mm 1 mm

durchschnittlicher WZ-Verschleiß:

mit US: 14mm³/Korn

ohne US: 3,5mm³/Korn

Schleifstift

2mm ohne US

Schleifstift

2mm mit US

Schleifstift

4mm mit US

Schleifverhältnis G:

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Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen

1990 2000 2010

Zielsetzung: Steigerung der Produktionseffizienz

Reduktion der

Nebenzeiten

Erhöhung der

Flexibilität

Erhöhung der

Produktivität

Erhöhung der

Gesamteffizienz

Parallelkinematik Doppelspindler

Roboterfräsen

Transferzentren Transferzentrum

neue Generation

neue PKM

Videos und Bilder: Krause&Mauser, Fill, IFT

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X-CUT (1) - Parallelkinematik

Hochgradig parallele Struktur (Pg = 2) für zweiachsige Anwendung, die

dritte Achse liegt vorzugsweise auf der Werkstückseite

Verdoppelung der kinematischen Ketten in Form zweier

Koppelgetriebe zu einer statisch überbestimmten Kinematik

Das nichtlineare Übertragungsverhalten einer Teilstruktur wird durch

die umgekehrte zweite Schere aufgehoben:

radeFreiheitsgder Anzahl

Kettenhen kinematiscder AnzahlgP

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Kalkulation der statischen und dynamischen Struktureigenschaften

X-CUT (2) - Auslegungsmethodik

rechter Schlitten

unten

rechter Schlitten

oben

Gekoppelte Simulation mit Matlab/Simulink©

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X-CUT (3) - Vorteile

Reine Drehgelenke statt Kardangelenke wie bei Hexapod-Strukturen

Nur sieben Drehachsen (statt z.B. 30 bei einem Hexapoden mit F=6)

Stat. Überbestimmung erlaubt Vorspannung des Mechanismus und ermöglicht so

Erhöhung der Steifigkeit

Spielfreies Gesamtsystemverhalten

Minimierung der Bahnabweichungen

Optimierung der dynamischen Eigenschaften

Auto-Kalibrierung durch redundantes Messsystem möglich

Im Eilgang können alle vier Antriebe in eine Richtung zusammenwirken

Schmaler Bauraum in X- und Z-Richtung

Standort ist das Labor für Produktionstechnik des IFT

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Inversbearbeitungsmaschine - FEM Simulation

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Energieeffizienz in der Produktion

GEBÄUDE

IDENTIFY energy

consumers

OPTIMIZE energy

consumption

MONITOR energy

consumption

IFT-Strategie für eine nachhaltige CO2 - Reduktion

ISO 50001

PROZESSKETTE

NAHTSTELLE

Wesentliche

Energieaspekte

ermitteln

Energiepolitik

Energieziele

Planung

Überprüfung

Korrektur- und

Vorbeugemaßn.

Einführung und

Umsetzung

Management-

bewertung

Zertifizierung

Kontinuierliche

Verbesserung

Plan

Check

Act Do

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Komplettbearbeitung komplexer Bauteile

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Überblick


2 Arbeitsgruppen

3

4



researchTUb Manufacturing Innovation

Wien, Oktober 2012

Eine Technologietransfereinrichtung der

http://researchtub.at/

http://www.wirtschaftsagentur.at/http://researchtub.at/

Entwicklung der smart-factory Laboratory for High Tech Manufacturing

Internationale Vernetzung von Aspern IQ

Projekt MINERVA – Fertigungstechnik 2020: innovativ, flexibel, wandlungs-fähig

Hochleistungs-bearbeitung

Bearbeitung neuer Werkstoffe

Einsatz von Hilfsstoffen

Einsatz und Wartung von Kühlschmierstoffen

Tätigkeitsfelder

Energie- und Ressourcen-effiziente Fertigung

Technologie-monitoring

smart city

smart grids

e-Mobility

e-Bike: Entwicklung eines Fahrrades als Technologieträger

Lebensmittel-industrie

Medizintechnik

TECHNOLOGIE smart-factory

(Foto: Florian Lehr)

ENERGIE & RESSOURCEN BIOTECHNIK

mi+ Lab

Entwicklung und Umsetzung eines Labors als Demonstrationsfertigung (Eröffn. am 31.10.2012)

Innovations- und Applikationslabor

500 m²

OG EG

Technologieinnovationen

Neue Werkzeugmaschinenkonzepte

Flexible, wandlungsfähige Produktion durch plug-

and-produce

Energie- und ressourceneffiziente Fertigung

Digitale Fabrik (papierlose Prozesse)

Demo-Produkt und Technologieträger e-bike

Laborausstattung

Hermle C 42 MT Haas VF2 EMCO MAXXTURN

Zoller Venturion 600

ABB IRB 2600

Alicona IF Edgemaster OPC-UA Zellensteuerung

CAD/CAM PLM, ERP, … Zoller Pilot 3.0 MR-CM

Pneumatik Aktorik Antriebs-/Steuerungstechnik Messtechnik

Qualität

http://www.siemens-home.com/at/http://www.siemens-home.com/at/

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Kontakt


und Hochleistungslasertechnik

Karlsplatz 13/311

1040 Wien

Austria

Tel.: +43-(0)1-58801-31101

Fax: +43-(0)1-58801-31199

E-Mail: [email protected]

Homepage: http://www.ift.at

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