Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik

Transkript

1 Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik Institutsprofil Vorstand Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 28. Februar 2013 Seite 1

2 Überblick 1 Institutsorganisation 2 Arbeitsgruppen 3 4 IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte researchtub - Tätigkeitsfelder Seite 2

3 IFT - Organisation und Forschungsbereiche Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Forschungsbereich Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Forschungsbereich Lasergestützte Fertigung Univ.Prof.Dr.Ing. A. Otto Technologie Werkzeugmaschinen u. Fertigungssysteme Produktionsmesstechnik u. Qualität Fertigungsautomatisierung Laser- und Umformtechnik Technologieentwicklung u. -optimierung spanende und umformende Fertigung elektro-chemische Verf. adaptronische Verfahren hybride Verfahren Auslegung u. Optimierung von Werkzeugmaschinen Anlagenkonzepte Layoutplanung Handhabungstechnik messtechnische Evaluierung Produktionsqualität Produktionsmesstechnik Entwicklung von Messtechnikapplikationen Nanometrologie GPS - Geometrische Produktspezifikation Automatisierungstechnik NC-Steuerungstechnik Mechatronik Robotik Fertigungsleittechnik Produktionsplanung und -steuerung Laserbearbeitung laserunterstütztes Umformen Laser- und Optikentwicklung Präzisionsmesslabor Labor für Produktionstechnik Labor für Fertigungstechnik Innovations- und Applikations- Labor Labor für Laserund Umformtechnik Seite 3

4 IFT - Ausrichtung in Forschung und Lehre Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Forschungsbereich Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Grundlagenausbildung und Vertiefung, Studienarbeiten, HIWI Grundlagenforschung, experimentelle Forschung Anwendungsorientierte Forschung, Auftragsforschung Best-In-Class-Implementation und Applikation Seite 4

5 Überblick 1 Institutsorganisation 2 Arbeitsgruppen 3 4 IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte researchtub - Tätigkeitsfelder Seite 5

6 IFT - Arbeitsgruppen Produktionsmesstechnik und Qualität ao.univ.prof. Dr. N. Durakbasa Ing. Nirtl Produktionsqualität Produktionsmesstechnik Nanometrologie GPS Geometrische Produktspezifikation Technologie Univ.Prof. Dr. F. Bleicher DI J. Bernreiter spanende Fertigung - geometr. best. Schn. spanende Fertigung - geometr. unbest. Schn. chemische, elektro-chemische Verfahren Rapid Prototyping adaptronische Verfahren hybride Verfahren Fertigungsautomatisierung ao.univ.prof. Dr. B. Kittl DI Ch. Habersohn NC-Steuerungstechnik PLC, IPC, Kommunikation Mechatronik Fertigungsleittechnik Produktionsplanung und -steuerung digitale Fabrik virtuelle Produktion Werkzeugmaschinen und Fertigungssysteme Univ.Prof. Dr. F. Bleicher ao.univ.prof. Dr. B. Katalinic/DI T. Mikats Werkzeugmaschinenstrukturen Mehrprozessmaschinen Handhabungstechnik und Robotik Technologieintegration (hybride Systeme) Layout und Anlagenkonzepte Seite 6

7 Arbeitsgruppe Präzisionsmesstechnik und Qualität Taktile Hochpräzisionsmessungen in 3 Ebenen mit Koordinatenmessmaschinen Verschleißdokumentation von Schneidkanten 3D-Vermessung komplexer Bauteile Hartdrehen, Längsbearb. Nach 2 Schnitten: Schnittlänge = 318mm Hartdrehen, Längsbearb. Nach 4 Schnitten: Schnittlänge = 336mm Hartdrehen, Längsbearb. Nach 6 Schnitten: Schnittlänge = 955mm Hartdrehen, Längsbearb. Nach 24 Schnitten: Schnittlänge = 3821mm Optische Schneidkantenvermessung mit Fokusvariation Härteprüfung nach Vickers Messung von Oberflächenrauhigkeiten Seite 7

8 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 Produktionsmesstechnik Maschinenvermessung und Kalibrierung Seite 8

9 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) Seite 9

10 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 Seite 10

11 Überblick 1 Institutsorganisation 2 Arbeitsgruppen 3 4 IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte researchtub - Tätigkeitsfelder Seite 11

12 Ausgewählte Forschungsschwerpunkte 3.1 Schlagverdichten 3.2 Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen Schwingungsunterstützte Bearbeitung Ultraschallunterstützte Schleifen 3.5 Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen 3.6 X-CUT Inversbearbeitungsmaschine Energieeffizienz 3.9 Komplettbearbeitung komplexer Bauteile Seite 12

13 Schlagverdichten (1) elektromechanischer Aktor um etwa 30% reduzieren. Magnet Tauchspule Rückstellfeder Lagerung Kolben Effekte (a) Hartmetall- kugel (b) Einbringen von Druckeigenspannungen Bild 1: a) Aktuator b) Gefräste (links) und geklopfte (rechts) Oberfläche Härtesteigerung Oberflächenglättung gezielte Oberflächenstrukturierung mechanisches Legieren Prozessparameter Materialverhalten Maßgebliche Effekte Druckeigenspannungen Härtesteigerung Oberflächentopographie Seite 13

14 Schlagverdichten (2) Einbringung von Druckeigenspannungen Probenmaterial: AISI (100Cr6) Eigenspannungen an der Oberfläche -1064,8 MPa Maximal Wert (z=6µm) MPa Einbringungstiefe (Nulldurchgang) 945 µm MHP Oberflächenglättung und -strukturierung Zweckmäßig geformte Stößelspitzen Gezielte Strukturierung (Riblet-Strukturen) Riblet-Strukturen (Al): Oberflächenglättung spielgelglatte Oberflächen Durch Prozessparameteroptimierung keine Höhendifferenz (Aufmaß) Nach Schlagverdichten: Vor Schlagverdichten: Seite 14

15 Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen Prozesskette der CFK-Bauteilfertigung Rohmaterial Formgebung Aushärten Bearbeitung Verbindungstechnik Montage Werkstück BMW High-Z Voraforce DPA Böllhoff Jaguar Seite 15

16 Schwingungsunterstützte Bearbeitung (1) Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik mehrachsige Bewegung sind aerostatisch gelagert und werden von 32 Piezo-Elementen betätigt. VT: verbesserter Spanbruch, Kühlung der Werkzeugschneide Bediener Generator Steuerung Hub Beschleunigung Beschleunigungssensor Positionssensor X Bild 1: Zweiachsiger Schwingtisch mit aerostatisch gelagerter Kinematik y x Piezo-Aktor (2 Stacks) Seite 16

17 9µm Schwingungsunterstützte Bearbeitung (2) 32 Piezo-Stacks Hub X/Y = 20µm/20µm Steifigkeit = 14N/µm f max = 500Hz verschiedene Schwingformen Werkstück- Oberfläche mit Vibrationsunterstützung ohne Vibrationsunterstützung Drehbearbeitung, f = 178 Hz, A = 10 µm, Luft-Kühlung Material X2CrNiMoN22-5-3, D = 76,4 mm Werkzeug HC - CVD Schnittgeschw. v c = 60 m/min Vorschub f = 0,05mm Schnitttiefe a p = 0,2 mm f Seite 17

18 US-unterstütztes Schleifen (1) Trajektorie s(t) eines einzelnen Kornes: x( t) vw t rs sins t s( t) kleiner als ein Mikrometer y( t) rs cos s t ausfällt. Die folgende Abbildung zeigt die Aktorik. z( t) AUS sin 2 fus t 0 f US = Hz Rotation Werkzeughalter Piezo-Aktoren v w Werkstückgeschwindigkeit Werkzeug Werkzeug r s Radius Ultraschall- des Schleifwerkzeuges s Winkelgeschwindigkeit schwingung des WZ Vorschub A US Amplitude der Ultraschallvibration f US Frequenz der Ultraschallvibration Phasenverschiebung der US-Vibration 0 Werkstück Bild 1: Geschwindigkeitsanteile an der Schneide bei der US-unterstützten Zerspanung Seite 18

19 US-unterstütztes Schleifen (2) - Verschleiß 1 2 Schleifverhältnis G: durchschnittlicher WZ-Verschleiß: mit US: 14mm³/Korn ohne US: 3,5mm³/Korn 1 mm 1 mm Schleifstift 2mm ohne US Schleifstift 2mm mit US Schleifstift 4mm mit US 500 µm 1 mm Seite 19

20 Entwicklung innovativer Werkzeugmaschinen Zielsetzung: Steigerung der Produktionseffizienz Reduktion der Nebenzeiten Erhöhung der Flexibilität Erhöhung der Produktivität Erhöhung der Gesamteffizienz Parallelkinematik Doppelspindler Transferzentren Transferzentrum neue Generation neue PKM Roboterfräsen Videos und Bilder: Krause&Mauser, Fill, IFT Seite 20

21 X-CUT (1) - Parallelkinematik Hochgradig parallele Struktur (P g = 2) für zweiachsige Anwendung, die dritte Achse liegt vorzugsweise auf der Werkstückseite Anzahlder kinematischen Ketten P g Anzahlder Freiheitsgrade 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: Seite 21

22 X-CUT (2) - Auslegungsmethodik Kalkulation der statischen und dynamischen Struktureigenschaften Gekoppelte Simulation mit Matlab/Simulink rechter Schlitten unten rechter Schlitten oben Seite 22

23 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 Seite 23

24 Inversbearbeitungsmaschine - FEM Simulation Seite 24

25 Energieeffizienz in der Produktion GEBÄUDE Wesentliche Energieaspekte ermitteln Energiepolitik Energieziele Planung Plan PROZESSKETTE Managementbewertung Act Kontinuierliche Verbesserung Überprüfung Korrektur- und Vorbeugemaßn. Einführung und Umsetzung Check Do NAHTSTELLE Zertifizierung ISO IDENTIFY energy consumers MONITOR energy consumption OPTIMIZE energy consumption IFT-Strategie für eine nachhaltige CO2 - Reduktion Seite 25

26 Komplettbearbeitung komplexer Bauteile Seite 26

27 Überblick 1 Institutsorganisation 2 Arbeitsgruppen 3 4 IFT - Ausgewählte Forschungsschwerpunkte researchtub - Tätigkeitsfelder Seite 27

28 Eine Technologietransfereinrichtung der researchtub Manufacturing Innovation Wien, Oktober 2012

29 Tätigkeitsfelder smart-factory TECHNOLOGIE ENERGIE & RESSOURCEN BIOTECHNIK mi+ Lab Entwicklung der smart-factory Laboratory for High Tech Manufacturing Internationale Vernetzung von Aspern IQ Projekt MINERVA Fertigungstechnik 2020: innovativ, flexibel, wandlungsfähig Hochleistungsbearbeitung Bearbeitung neuer Werkstoffe Einsatz von Hilfsstoffen Einsatz und Wartung von Kühlschmierstoffen Energie- und Ressourceneffiziente Fertigung smart city smart grids e-mobility e-bike: Entwicklung eines Fahrrades als Technologieträger Technologiemonitoring Lebensmittelindustrie Medizintechnik (Foto: Florian Lehr)

30 Entwicklung und Umsetzung eines Labors als Demonstrationsfertigung (Eröffn. am ) Innovations- und Applikationslabor Technologieinnovationen Neue Werkzeugmaschinenkonzepte Flexible, wandlungsfähige Produktion durch plugand-produce Energie- und ressourceneffiziente Fertigung Digitale Fabrik (papierlose Prozesse) Demo-Produkt und Technologieträger e-bike EG OG 500 m²

31 Laborausstattung PLM, ERP, CAD/CAM MR-CM Qualität Zoller Pilot 3.0 Alicona IF Edgemaster OPC-UA Zellensteuerung Zoller Venturion 600 Hermle C 42 MT Haas VF2 ABB IRB 2600 EMCO MAXXTURN Pneumatik Aktorik Antriebs-/Steuerungstechnik Messtechnik

32 Kontakt Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Karlsplatz 13/ Wien Austria Tel.: +43-(0) Fax: +43-(0) Homepage: Seite 32