Untersuchung und Erstellung einer Entscheidungsmatrix für die Auswahl und Konstruktion von Mikrobearbeitungs-Spannsystemen - Entwicklung und Untersuchung von universal einsetzbaren, hybriden Mikrospannsystemen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Untersuchung von neuartigen, universal einsetzbaren, hybriden Spannverfahren und -systemen für die Mikrobearbeitung sowie die Erweiterung der im 1. Förderzeitraum erstellten Entscheidungsmatrix, die erlaubt, ein optimales Mikrospannkonzept für die jeweils vorliegende Spannaufgabe zu eruieren. Um das gestellte Ziel zu erreichen, wurden zuerst 35 neue hybride Mikrospannkonzepte durch eine Kombination von konventionellen Verfahren entwickelt und nach den für sie ähnlichen Merkmalen klassifiziert. Danach wurde ihre Analyse unter Verwendung der Qualitätsfunktionendarstellungs-Methode durchgeführt, um Konzepte mit den höchsten Erfüllungsgraden der im 1. Förderzeitraum formulieren Anforderungen zu eruieren. Auf Basis dieser Konzepte wurden anschließend geeignete Spannsystem-Prototypen ausgelegt und konstruiert. Dabei wurden neben dem Klären der Aufgabenstellung, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten der Prototypenkonstruktion auch Möglichkeiten zur Verwendung alternativer Werkstoffe analysiert. Im Anschluss daran wurde das statische, dynamische und thermische Verhalten der konstruierten Spannsystem-Prototypen unter den für die Fertigungs- und Spannprozesse typischen Belastungen simuliert und optimiert. Des Weiteren wurden ein modularer Versuchsstand für die experimentellen Untersuchungen der entwickelten hybriden Spannverfahren und -systeme konstruiert und aufgebaut. Mit dessen Hilfe wurden danach bei den unterschiedlichen Verfahren die erreichbaren Haltekräfte, Ein- und Ausspannzeiten, Spann- und Wiederholgenauigkeiten, die Steifigkeiten der Werkstückeinspannung sowie die Flexibilität hinsichtlich verschiedener Werkstück- und Spannprozessparameter erforscht. Dann wurde die Einsetzbarkeit unterschiedlicher Methoden zur Werkstückpositionierung, Kühlschmierung und Automatisierung des Spannvorgangs untersucht. Darüber hinaus wurden Probebearbeitungen an den mit den entwickelten hybriden Spannverfahren und -systemen fixierten Mikrowerkstücke durchgeführt und die dabei erzielbaren Bearbeitungsqualitäten und -güten analysiert. Schließlich wurden die gewonnenen Simulations- und Versuchsergebnisse zur Erweiterung des im 1. Förderzeitraum erstellten Datenbanksystems zur Auswahl und Konstruktion von Mikrospannvorrichtungen sowie zum Vergleich der hybriden und konventionellen Mikrospannverfahren und -systeme eingesetzt. Durch diesen Vergleich wurde bestätigt, dass durch die Kombination der bekannten Mikrospannverfahren ihre Vorteile gleichzeitig genutzt und/oder ihre Nachteile kompensiert werden können, was ein sehr flexibler, annährend universaler Einsatz der entsprechenden Spannvorrichtungen ermöglicht. Den größten Einsatzbereich weisen dabei die hybriden Verfahren auf Basis des mechanischen Spanens auf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Haltekräfte in der Mikrospanntechnik. In: wt Werkstattstechnik online 102 (2012), Nr. 7/8, S. 465-472
Heisel, U.; Pasternak, S.; Stehle, T.
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Spannzeiten in der Mikrospanntechnik. In: wt Werkstattstechnik online 103 (2013), Nr. 1, S. 034-040
Heisel, U.; Pasternak, S.; Stehle, T.
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Spannsteifigkeit in der Mikrospanntechnik. In: wt Werkstattstechnik online 104 (2014) Nr. 1/2, S. 66-74
Heisel, U.; Pasternak, S.; Stehle, T.
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Flexibilität in der Mikrospanntechnik. In: wt Werkstattstechnik online 105 (2015) Nr. 11/12
Pasternak, S.; Stehle, T.; Heisel, U.
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Hybrid clamping technology for flexible micro machining. In: Applied Mechanics and Materials 794 (2015) pp 442-449
Pasternak, S.; Heisel, U; Maier, W.; Stehle, T.
