Ultraschallangeregte Luftlagerspindel für die Mikrozerspanung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298582476

Die ultraschallunterstützte Zerspanung bietet große technologische Potenziale bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien wie Titan, Keramik, Hartmetall oder Glas. Die Überlagerung der konventionellen, spanerzeugenden Wirkbewegung mittels zusätzlicher Werkzeugschwingung im Ultraschallbereich führt zu einem veränderten Abtragsverhalten sowie zu deutlich veränderten Eingriffsverhältnissen. Dadurch wird die Effizienz des Zerspanprozesses erheblich gesteigert. Die Schwingungsanregung bei Verfahren mit rotierenden Werkzeugen erfolgt über ultraschallangeregte Hauptspindeln. Um die beschriebenen Vorteile der Ultraschallzerspanung auch in der Mikrobearbeitung einzusetzen zu können, sind vorhandene Spindeln nur sehr begrenzt geeignet. So erreichen heutige ultraschallangeregte Hauptspindeln vergleichsweise geringe Drehzahlen bei großem Rundlauffehler und können daher die geforderten Schnittgeschwindigkeiten und Genauigkeiten bei Mikroschaftwerkzeugen (D < 50 µm) nicht erreichen. Zudem benötigen herkömmliche ultraschallangeregte Spindeln einen großen Bauraum und lassen sich daher nicht in Desktopbearbeitungsmaschinen integrieren, die in der Mikrobearbeitung derzeit verstärkt Anwendung finden. Damit besteht ein Forschungsbedarf zu kompakten, hochdrehenden, ultraschallangeregten Spindeln mit geringem Rundlauffehler, mit denen eine ausreichende Schnittgeschwindigkeit für die Mikrozerspanung realisiert werden kann. Ziele des beantragten Forschungsprojekts sind daher die Entwicklung und der Einsatz einer neuartigen schwingungsangeregten Luftlagerspindel für die Mikrobearbeitung, die sich durch eine hohe Drehzahl (100.000 1/min) bei gleichzeitig geringem Rundlauffehler auszeichnet und sich durch ihre kompakten Maße in eine Desktopbearbeitungsmaschine integrieren lässt. Durch den Einsatz eines magnetostriktiven Ultraschallanregers in den Spindelrotor wird die axial schwingungsunterstützte Mikrozerspanung bei hoher Drehfrequenz für Mikrofräs- und Schleifwerkzeuge mit D < 50 µm ermöglicht. Beim Einsatz dieser Spindel für die Mikrozerspanung werden analog zur Makrozerspanung ein geringerer Werkzeugverschleiß aufgrund kleinerer Zerspankräfte und verringerter Reibung sowie eine Erhöhung der Oberflächenqualität erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen