Werkzeuge und Technologien Trends und Forschungen bei der Großteilebearbeitung

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1 Werkzeuge und Technologien Trends und Forschungen bei der Geschäftsführender Leiter IFQ Lehrstuhlleiter Zerspantechnik - Einleitung - 6 wesentliche Aspekte - Zusammenfassung Großwerkzeugmaschine Quelle: Schiess, Aschersleben IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 1

2 Hohe Dynamik durch Tripod-Kinematik ECOSPEED Hersteller: Dörries Scharmann Hochleistungsbearbeitungszentrum für Aluminium Grossteile im Flugzeugbau (A380) konzipiert Motorspindel wird im Sprint Z3- Kopf durch Tripod- Kinematik längs- und winkelbewegt Verfahrwege: X mm mm Y mm Z 670 mm Eilgänge: X 65 m/min Y, Z 50 m/min Beschleunigungen: max. 1 g Quelle: Dörries Scharmann Technologie Zerspanungsleistung: max cm 3 /min hochfestes Aluminium Hohe Dynamik durch Lineardirektantriebe IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 2

3 Große Präzisionsfräsmaschine YBM 900 Quelle: Yasda, (Japan) Großes Präzisionsfräszentrum YBM 10T Quelle: Yasda, (Japan) IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 3

4 Doppelspindelkonzept für bessere Dynamik Y-Achse X-Achse Z-Achse Hersteller: Yasda, (Japan) Aktive Kühlung einer Präzisionsfräsmaschine Hersteller: Yasda, (Japan) IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 4

5 Zweimotoren-Hauptspindel große Vorspannung der Lager bei geringer Geschwindigkeit Hersteller: Yasda, (Japan) geringe Vorspannung bei hoher Geschwind. zur Wärmereduzierung Werkstücke für eine Großpräzisionsfräsmaschine Werkstückformgenauigkeit: < 5 µm Gestellbauteil 600 x 500 x 250 mm 3 Ausgangsgewicht: 650 kg Stahl Quelle: Philips Strukturbauteil 860 x 850 x 300 mm 3 Ausgangsgewicht: 3000 kg Ni-Legierung IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 5

6 Genauigkeitsverbesserung durch Kompensation F1 Hersteller: Union WZM GmbH Fahrständer- Fräsmaschine Kompensation der Ram-Durchbiegung hydraulisch einstellbar Verfahrwege: X mm, in mm- Stufen erweiterbar Y mm (2 100 mm, mm) Z mm (1 600 mm) Eilgänge: 20 m/min (40 m/min) Spindel: bis min -1 (5 000 min -1 ) stufenlos 37 kw; 1000 Nm Quelle: UNION WZM GmbH Werkzeuge: max. 240 Plätze Großverzahnungschleifmaschine Typ: ZP 50 max. Zahnraddurchmesser: 5 m max. Hub: 1,55 m max. Tischgewicht: 50 t Quelle: Kapp Niles GmbH IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 6

7 2-Ständer-Großverzahnungschleifmaschine Komplettbearbeitung Zahnraddurchmesser: bis 3 m Quelle: Kapp Niles Großvertikal-Fräsmaschine IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 7

8 Großhorizontalbohr- und Fräsmaschine Typ: HCW4 X-Achse: ab 4 m Arbeitshöhe Hauptspindel: bis 10 m Auskraglänge: 3,8 m Hauptspindel: max. Drehzahl: 1600 min -1 max. Drehmoment: bis Nm Quelle: Škoda (Cz) Großvertikaldrehmaschine IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 8

9 Beispiel für Up-Scaling - Verzahnungsschleifen Beispiel für Up-Scaling - Hartdrehen IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 9

10 Großwerkzeugmaschinen in der Virtual Reality (VR) Was noch in die VR-Welt integriert werden muss FEM-Simulation Schwingungsverhalten (Eigenfrequenzen) FEM-Simulation Materialabtrag (Temperaturen und Spannungen) Quelle: Third wave systems IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 10

11 Fräswerkzeuge im Werkzeug- und Formenbau Praxisbeispiele Werkzeug- und Formenbau IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 11

12 Kraftkomponenten F i Kraftkomponenten F i ΔF N ΔF N Zerspanungsgrundlagen Kienzle Gesetz: Δh Spanungsdicke h [mm] Querschnitt A = konst. Spanungsverhältnis b/h df i F i = K i1.1 b h 1-m i = 1-m i K i1.1 b h -m i F = proportional zu b dhf = potenziell degressiv zu h (da Exponent 1-m i < 1) Verbesserte Dynamik bei zunehmender Spanungsdicke h Deutlich geringere Kräfte bei kompakten Spänen r ε a p1,2 f z κ r h m b o b o / h m κ res Schnittaufteilung mit κ r = 45 (ϕ = 90 ) = 0,8 mm = 1,0 mm = 2*0,25 mm = 45 = 0,29 mm = 1,71 mm = 5,85 = 35,7 κ res F D F p Schnittaufteilung f z F D F cn F p b o h a p2 κ r b o F cn = F D sin κ res ϕ r F cn a p1 = 0,58 F D r ε a pr F p = F D cos κ res hm = 0,81 F D IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 12

13 Entwicklung eines Hybridwerkzeugs Praktische Relevanz Neueste Produkte von namhaften Werkzeugherstellern Twincut Shredmill Quelle: Iscar Quelle: Fette / IFQ Schnittaufteilung setzt sich beim Fräsen durch! IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 13

14 Produktivität durch Doppelständer Powerspeed 5 Hersteller: SHW Fahrständer- Bearbeitungszentrum in Doppelständerausführung Vorteile: 70% höhere Zerspanleistung 30% weinger Investitionsvolumen Bearbeitung: beide Fahrständer simultan an einem Werkstück oder jeder Fahrständer an einem Werkstück Quelle: SHW Produktivität durch modulare Bearbeitungköpfe IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 14

15 Produktivität durch 5-Achsbearbeitung Trends bei der Dynamik Präzision Produktivität Dimension Adaption Simulation IFQ, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburrg 15