Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU. Maschinenkonstruktion. Fluidtechnische Systeme. Robotik

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1 2 Module METHODEN: Maschinenkonstruktion Fluidtechnische Systeme 2 Module ANWENDUNGEN: Robotik 1 - aus - 3 Mobile Arbeitsmaschinen Spezielle Fertigungsmethoden Bewegungsgeführte Maschinensysteme Profilverantwortlicher: Prof. Großmann, Fak. MW Mechatronik im Maschinenbau: Übersicht

2 STUDIUM Mechatronik im MB Mechatronik im Maschinenbau

3 1. Methoden-Modul: Maschinenkonstruktion Mechatronik im Maschinenbau

4 Praktikum Konstruktiver Entwicklungsprozess (2/0/1) Maschinenkonstruktion 3D-Konstruktion (0/1/0) CAD- Applikationen (2/1/0) Konstruktions- Werkstoffe (2/0/1) Prof. Stelzer, Fak. MW Maschinenkonstruktion: Übersicht

5 Konstruktiver Entwicklungsprozess Konstruktion als Teil des Engineering Prozess Wandlung des Engineering Prozesses Phasen des Entwicklungsprozesses Methoden der Wissensverarbeitung Systematisieren Lösungsfindung Variantenbewertung Konzipieren Entwerfen Gestalten Prof. Stelzer, Fak. MW Maschinenkonstruktion: Konstruktiver Entwicklungsprozess

6 3D-Konstruktion Aufbau von CAD-Systemen SolidWorks CATIA / V5 Effektive Arbeit mit CAD Aufbau und Erzeugung von 3D-Modellen Zeichnungsableitungen Freiformflächen Prof. Stelzer, Fak. MW Maschinenkonstruktion: 3D-Konstruktion

7 Konstruktionswerkstoffe Lösung des technischen Problems aus der Sicht sämtlicher Werkstoffgruppen Vermeidung einseitiger Denkweisen, Förderung von Innovation Werkstoffe auswählen, die zur Lösung des technischen Problems geeignet sind. Maschinenkonstruktion: Konstruktionswerkstoffe Werkstoffauswahl nach: Belastungsart (Zug, Torsion, Biegung, Knickung, Beulung, Innendruck, Fliehkräfte) Bauteilgeometrie für den Leichtbau (Stäbe, Platten, Rohre, Schalen, Sandwich - und Hybridverbundbauweisen) Funktionellen Anforderungen (für Federn, elastische Gelenke, Druckbehälter,...) Prof. Stelzer, Fak. MW

8 CAD-Applikationen Management von CAD-Modellen CAD-Schnittstellen Data Capturing Digital Mockup Virtual/Augmented Reality Workflow Engineering Collaboration Datenaustausch Supply Chain Management Replikationsverfahren Prof. Stelzer, Fak. MW Maschinenkonstruktion: Produktdatenmanagement

9 2. Methoden-Modul: Fluidtechnische Systeme Mechatronik im Maschinenbau

10 Fluidtechnische Systeme / Grundlagen Vorlesungen Steuerungs- und Regelungstechnik pneumatischer Antriebe (1/1/0) Elektrohydraulische Antriebssysteme (1/1/0) Praktikum Fluidtechnik in Industrieanwendungen (0/0/1) Prof. Weber, Fak. MW Hydraulik / Pneumatik: Übersicht

11 Fluidtechnische Systeme / Vertiefung Vorlesungen Mobilhydraulische Systeme (1/1/0) Steuerungen, Softwareentwicklung, Sicherheit in mobilen Anwendungen (2/0/0) Praktikum Fluidtechnik in mobilen Anwendungen (0/0/1) Prof. Weber, Fak. MW Hydraulik / Pneumatik: Übersicht

12 Steuerungs- und Regelungstechnik pneumatischer Antriebe Ziel der LV: Befähigung zur Analyse und Auslegung pneumatischer Antriebssysteme sowie deren Ansteuerung. Berücksichtigung der Besonderheiten des Druckmediums Luft. Vorlesungsinhalte: Physikalische Grundlagen pneumatischer Antriebe Komponenten und Grundschaltungen Steuerungstechnik (SPS und BUS-Systeme) Geregelte Pneumatische Antriebe Hydraulik / Pneumatik: Steuerungstechnik... Prof. Weber, Fak. MW

13 Elektrohydraulische Antriebssysteme Ziel der LV: Praxisgerechter Entwurf geregelter elektrohydraulischer Systeme, deren Integration in das Gesamtkonzept einer Maschinensteuerung sowie die Nutzung der Rechnersimulation als Projektierungswerkzeug. Vorlesungsinhalte: Ventilgesteuerter Zylinderantrieb Aufbau und Funktionsweise Mathematische Beschreibung Regelstrecke und Regelkreis Regelungskonzepte Hydraulik / Pneumatik: Elektrohydraulische Antriebssysteme Prof. Weber, Fak. MW

14 1. Anwendungs-Modul: Robotik Mechatronik im Maschinenbau

15 Mathematik Räumliche Kinematik Getriebelehre Roboterführungsgetriebe Grundlagen (3/3/0) Robotik Automatisierungstechnik Steuerung von Robotersystemen Fertigungstechnik Laserrobotik / Lasertronik Vertiefung (3/1/2) Prof. Beitelschmidt, Fak. MW Robotik: Übersicht

16 Räumliche Kinematik Elementare Raumbewegungen Singuläre Lagen Robotik: Räumliche Kinematik Erweiterte Matrizenalgebra, Zwanglaufbewegungen, Expotentialfunktionen für Raumbewegungen,... Direkte Kinematik Serielle Roboter: Spezielle Koordinaten, Bewegungsmatrix,... Parallele Roboter: Parallelitätsgrad, ebene und räumliche Plattformen,... Inverse Kinematik Arbeitsraum, Lösung für Roboter mit Handgelenk,... Geschwindigkeitsvektorfeld Geschwindigkeitsoperator, Jacobi-Matrix der direkten Kinematik,... Rangabfall der Jacobi-Matrix, lineare Geradenkomplexe,... Prof. Beitelschmidt, Fak. MW

17 Roboterführungsgetriebe Robotik: Roboterführungsgetriebe Prof. Beitelschmidt, Fak. MW

18 Steuerung von Robotersystemen Ziel Grundlegende Steuerungs- und Regelungskonzepte für Robotersysteme 0,75 P A P 2 - Einführung Industrierobotik a 2 m 2,I 2 - Vorwärtskinematik Yˆ 0 l 2! 2 g 0 0,75 P 3 1,5 - Inverse Kinematik a 1 m 1,I 1 l 1! 1 m M,1,I M,2-0,75 P 4 P E - Trajektorien I M,1 - Roboterdynamik Yˆ 0 - Positionsregelung - Kraftregelung Übungsaufgaben Matlab Simulink ˆX 0 Prof. Beitelschmidt, Fak. MW Robotik: Steuerung von Robotersystemen

19 Laserrobotik / Lasertronik Laserrobotik : Synthese verschiedener Lasersysteme und unterschiedlicher Robotersysteme Kombination von Hochleistungsdiodenlasern mit Knickarmrobotern Kombination von CO 2 -Lasern mit einem 5-Achs-Portal-Roboter zum Schweißen von Flugzeugkomponenten Prof. Beitelschmidt, Fak. MW Robotik: Laserrobotik/Lasertronik

20 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Laserrobotik / Lasertronik Lasertronik : Anpassung von Robotersteuerungen an Laserbearbeitungen Adaption der Strahlführung an das Laserschweißen oder -schneiden Ein Scanner erzeugt die Kontur und ein Roboter bewegt sich auf einem homogenen Pfad. Prof. Beitelschmidt, Fak. MW Robotik: Laserrobotik/Lasertronik

21 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Spezielle Fertigungsmethoden Mechatronik im Maschinenbau

22 Spezielle Fertigungsmethoden Lasertechnik (2/0/0) Grundlagen Praktikum Lasertechnik (0/0/1) Plasmatechnik (1/1/0) Nanotechnologie (1/0/1) Vertiefung Prakt. Spez. Fertigg.ver. (0/0/2) Rapid Prototyping (2/0/0) Spezielle Fertigungsmethoden: Übersicht Prof. Beyer, Fak. MW

23 Lasertechnik Mikrobearbeitung mit Laserstrahlen im Maskenprojektionsverfahren Maske Homogenisator Laser Objektiv PC-Steuerung Auflösungsvermögen des Objektivs bestimmt die Abmessungen der minimalen Bestrahlungsfläche: typisch: 0,5 5 µm Excimer-Laseranlage (Exitech) Prof. Beyer, Fak. MW Spezielle Fertigungsmethoden

24 Plasmatechnik Beschichtung über die Gasphase Physikalische Dampfphasenabscheidung = Physical Vapor Deposition (PVD) Abtrag des Beschichtungsmaterials von einem festen Target durch intensiven Energieeintrag (Strahlung, Ionen, Elektronen, Stromdurchgang) Übertragung als Dampf/Plasma auf das Substrat Spezielle Fertigungsmethoden Prof. Beyer, Fak. MW

25 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Mobile Arbeitsmaschinen Mechatronik im Maschinenbau

26 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Prof. Herlitzius, Fak. MW Grundlagen (4/2/0) Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen von Förder-, Bau- und Landmaschinen Modellbildung und Simulation mobiler Arbeitsmaschinen Analyse und exp. Simulation des Maschineneinsatzes unter Beachtung der Mensch-Maschine-Interaktion Vertiefung (2/2/2) Prof. Kunze, Fak. MW Mobile Arbeitsmaschinen: Übersicht

27 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Neue Ideen Mobile Arbeitsmaschinen: Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen

28 Aufgaben aus der Praxis Ursache Regelbetrieb Normalbetrieb JA STAND- SICHER? NEIN Erfassung Wirkung Analyse Mobile Arbeitsmaschinen: Modellbildung und Simulation

29 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Interaktiver Simulator für Arbeitsmaschinen Quelle: EF-Robotertechnik GmbH Mobile Arbeitsmaschinen: Analyse und experimentelle Simulation des Maschineneinsatzes

30 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Bewegungsgeführte Maschinensysteme Mechatronik im Maschinenbau

31 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU 8. Sem. : Bewegungsgeführte Maschinensysteme - Grundlagen Kompon., Funkt. u. Steuerg. bewegg.gef. Masch.syst. (3/2/0) 1. Werkzeugmaschine als bewegungsgeführte Maschine 2. Anforderungen an Werkzeugmaschinen 3. Hauptkomponenten in Werkzeugmaschinen 4. Verhalten von Werkzeugmaschinen Rechenübungen zu: Dimensionierg. von Hauptantr., Führg., Vorsch.achse, Prognose des statischen, therm. u. dynam. Verhaltens 9. Sem. : Bewegungsgeführte Maschinensysteme - Vertiefung Grundlagen der Verhaltensanalyse (2/1/0) 1. Geometrisch-kinematisches Verhalten 2. Grundlagen u. Anwendung der Linearen Strukturanalyse 3. Simulation des nichtlinearen Verhaltens im Zeitbereich Demonstration u. Übung zu: Exper. Ermittlg. des geometr.-kinemat. Verh., Anwendg. von MatLab/Simulink, Modellierung u. Berechnung des statischen, therm. u. dynam. Verhaltens Praktikum Verhaltensanalyse (0/0/2) Lagegeregelter elektro-mechanischer Vorschubantrieb, Exper. u. modellgest. Analyse des therm. Verhaltens, Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel, Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod Prof. Großmann, Fak. MW Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Übersicht

32 Experimentalaufbau Datenfilter: FEM Simulation (MES) Auswahl der zu berücksichtigenden Eigenwerte u. Modellkoordinaten Berechnungsmodell Spindelkörper Lamellenpaket Rotor Ø68 Radialsteifigkeiten der Spindellagerung Eigenfrequenzen und Schwingungsformen Ø ysp,fsp Werkzeug Werkzeugaufnahme Ø16 ywz, FWZ FEM: Spindeldynamik Modalanalyse am ungefesselten Modell Parametrierung des modalen Ersatzsystem (MES) und Verbindung mit der Peripherie Simulation: Ansteuerung und Regelung Nachgiebigkeits- 10frequenzgänge 5 ywz/fwz [!m/n] f 1 = 695 Hz Nachgiebigkeitsfrequenzgang an Werkzeugspitze Spindel ohne Werkzeug Spindel mit Werkzeug Länge 100mm Spindel mit Werkzeug Länge 150mm Spindel mit Werkzeug Länge 200mm Dynamisches Verhalten des Spindel- Werkzeug- Systems f [Hz] Aktives Systemverhalten von Spindel-Magnetlager-Regelung Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel

33 Betriebsverhalten des Gesamtsystems aus Spindelsystem/WZ-Bewegungssystem/WSt-Prozess Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Mechatronische Systemsimulation

34 elastostatisch bedingt Steuerungsintegrierte, strukturmodellbasierte Korrektur von Bewegungsfehlern... thermisch bedingt Neue Fertigungstechnologien mit Integration von Handhabung und Bearbeitung unter Nutzung der Bildverarbeitung für die automatisierte Fertigung von Möbelteilen aus Formholz auf dem Hexapod FELIX Internet: Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod

35 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Werkzeugmaschinen-Versuchsfeld geöffnet am Fr. 12. Juli 2013 ab 12:45 Uhr Info-Theke zum Hauptstudium Grillwürste Getränke Kutzbach-Bau Eingang Halle von Seite Berndt-Bau Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Neugierig?