FUNKTIONALE OBERFLÄCHEN DURCH ADAPTIVE GRINDING UND DREHZAHL-SYNCHRON SCHLEIFEN

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1 1 FUNKTIONALE OBERFLÄCHEN DURCH ADAPTIVE GRINDING UND DREHZAHL-SYNCHRON SCHLEIFEN Institut für Fertigungstechnik Technische Universität Graz

2 2 Agenda Funktionale Oberflächen und deren Potenziale Smart Surfaces + Smart Shapes durch Innovationen beim Schleifen Neue Forschungsanlage für Schleiftechnologien am IFT Ergebnisse des Cornet II Projektes Adaptive Grinding Process Drehzahlsynchrones Schleifen Zusammenfassung und IFT-Veranstaltungen 17/18

3 3 Funktionale Oberflächen erhöhen die Leistungsfähigkeit verbessern den Wirkungsgrad verlängern die Lebensdauer reduzieren Emissionen schonen Ressourcen.. Quelle: nhptv.org Quelle: IWF TU Berlin, Strukturierte Oberfläche 100Cr6-Lagerring

4 4 Wichtige Verfahren des Oberflächendesigns Strahlen Schleifen, Honen, Läppen Laser Beschichten

5 5 3M-Cubitron II strukturiertes Schleifwerkzeug Konventionelles Schleifkorn 3M Cubitron II Vorteile Senkung der Prozesstemperatur Prozesssicheres Schleifen und Abrichten Potenzial für Oberflächendesign Quelle: Helmut Gaisberger, 3M GmbH (Schweiz), Schleiftagung 2017 in Stuttgart-Fellbach

6 6 Verformungskompensation Theoretisches Idealprofil Profil unter Last Profil mit Kompensation Idealprofil unter Last

7 7 Adaptive Grinding

8 8 Forschungs-Schleifmaschine am IFT Dimensionen: Gewicht: 42 t Länge: 6 m Breite: 3.5 m Flächenbedarf: 60m² Hauptspindel: Leistung: 72.5 kw Schleifscheibend.: Ø 650 mm Breite: 200 mm Drehzahl: 6500 min -1 Schnittgeschwindigkeit: 220 m/s Werkstück: Masse bis 750 kg max. Ø 520 mm Länge bis 1.5 m

9 9 Regelungskonzept (Schleifenergie) Spezifische Schleifenergie Bezogenes Zeitspanvolumen Quelle: R. Vitz, 1981, WZL TH-Aachen 60 spezifische Schleifenergie in J mm -3 bezogenes Zeitspanvolumenin mm³ (mm s) -1 Tangentialkraftin N Schnittgeschwindigkeit in m s -1 Vorschubin mm min -1 Werkstückdurchmesserin mm effektiveschleifbreitein mm Führungsgröße

10 10 Regelstrategie C Konstante 1 C Konstante2.,,,,, 60 Konstante3 Führungsgröße

11 11 Tangentialkraft als Führungsgröße Tangentialkraft / N untere Prozessgrenze: 20% obere Prozessgrenze: 200% Zustellung Override in %

12 12 Aktuelle Parameter und Geometrie

13 13 Betrachtung der Schnittebene aktuelle Parameter & Geometrie Prozessparameter: Δt 0,050 s f 500 Hz d 44,0mm b 22mm v 40m/s K 15 K 80 K 2 2 0, Linie: aktuelle Führungsgröße untere Prozessgrenze: 20% obere Prozessgrenze: 200%

14 14 Open Plattform Communications Unified Architecture(OPC UA) OPC Foundation(Open PlatformCommunications) Wegbereiter für Industrie 4.0 Standardisiertes M2M-Kommunikationsprotokoll Industrielle Automation Ethernet: Binärprotokoll / Webservice SINUMERIK 840Dsl

15 15 Geregelter Schleifprozess F at F ar ID=201 WHENEVER (($R1<>0) AND ($R50==1)) DO $AA_OVR[X1]=$R1

16 16 Ergebnisse der Regelung Prozessparameter: Δt 0,050 s f 500 Hz d 44,0mm b 22mm v 40m/s K 15 K 80 K ,70 100% Startpunkt Endpunkt 138%

17 17 Drehzahl-Synchron Schleifen

18 18 Drehzahl-Synchron Schleifen als neues Finish-Verfahren für komplexe 3D-Unrundgeometrien Innovativ und produktiv, da 3D-Unrund-Teile im Einstechschleifen schleifbar sind. da konkave Nocken-Profile fertigbar sind. da die gesamte Nockenwelle mit allen Nocken in einem Fertigungsschritt fertig geschliffen werden kann. da Funktionale Oberflächen realisierbar sind. Wiss. Arbeiten von Sawluk W. und Wiemann H.-J. ( ) Patent Naxos-Union 1978 Dissertation Holger Eichhorn 1997

19 19 Unrundschleifen(Pendelhub vs. Drehzahl-Synchron-Schleifen) Pendelhubschleifen Drehzahlsynchron-Unrundschleifen Nocke n S : n W = 1 : 1 Polygon n S : n W = 3 : 2 Vierkant n S : n W = 2 : 1

20 20 Drehzahlsynchron Unrundschleifen Maschinendaten Werkstückspindel 2: n max = min -1 Abmessung der 2. Schleifscheibe: Ø 600 mm x 200 mm

21 21 Drehzahlsynchron Unrundschleifen Maschinendaten Schleifspindel 2: n max = min -1 Abmessung der 2. Schleifscheibe: Ø 600 mm x 200 mm

22 22 Drehzahlverhältnisse t N, N, N n,n, n i Kontaktzeit Konturanzahl (Abrichter, Schleifscheibe, Werkstück) Drehzahlen der Wirkpartner Drehzahlverhältnis Abrichten Drehzahlverhältnis Schleifen

23 23 Wie erhält man das Schleifscheibenprofil? Werkstück Schleifscheibe Die Schleifscheibengeometrie in einer Ebene entspricht einer Hüllkurveder gemeinsamen Tangenten ihrer selbst und des abwälzenden Werkstückes.

24 24 Makrogeometrie + Mikrogeometrie = Smart Surface CBN 3D-Geometrie Topologie des Schleifwerkzeuges + = 30 fach Quelle: IWF TU Berlin Quelle: Handbuch Spanen 200 fach

25 25 Zusammenfassung Neue Prozesse und Werkzeuge schaffen die Voraussetzung für die nahtlose Einbindung von Oberflächenfunktionalisierung in Fertigungsabläufe. Drehzahlsynchrones Schleifenund Abrichten ermöglicht gezieltes Strukturieren von Oberflächen ( Smart Surfaces und Smart Shapes ). Makro-und Mikrogeometrie werden durch Drehzahlsynchronisation von Werkzeug und Werkstück in einem Prozess erzeugt. Die Forschungs-Schleifanlage des IFT ermöglicht es, komplett neue Prozesse zu erforschen und bestehende Prozesse zu optimieren. Der neue geregelte Schleifprozess via OPC UA bringt deutliche Produktivitätssteigerungen beim Einstechschleifen (+ 38%).

26 26 Schwerpunkt Additive Manufacturing (Selektives Laserschmelzen, Neue Materialien)

27 27 Schwerpunkt Smart Factory der TU Graz (IFT) Interdisciplinary Research on Digital Production Univ.-Prof. Dr.techn. Rudolf Pichler Stiftungsprofessur: Advanced Manufacturing Projektleitung: Smart Factory Förderentscheidung über FFG-Pilotfabrik bis Ende Juni Produkt: Wellgetriebe für Roboterachsen

28 28 Symposium des Österreichisch / Russischen Geschäftsrates Tagung am und Abendveranstaltung (Networking) am in der Alten Universität Graz Gründung eines Russisch Österreichischen Zentrums für Produktionsmaschinen an der TU Graz

29 29 Production Engineering Graz PEG 2018 Tagung mit Schwerpunkten Präzisionsfertigung Additive Technologien Datum und Ort: TU Graz Institut für Fertigungstechnik

30 30 Precision guarantees our future.