Entwicklung und Erprobung einer neuen Vorschubeinheit für kleine Werkzeugmaschinen

Für die Herstellung von Bauteilen geringer Größe aus konventionellen Ingenieurswerkstoffen werden gegenwärtig überwiegend hochkomplexe Ultrapräzisionsmaschinen eingesetzt. Allerdings stoßen diese bei einem anhaltenden Trend zur Miniaturisierung und Individualisierung der herzustellenden Produkte zunehmend an technische und ökonomische Grenzen.
Um industriellen Anwendern ein erweitertes Spektrum an Möglichkeiten zur Herstellung von Mikroteilen zu bieten, konzentrieren sich aktuelle Forschungsprojekte neben der Weiterentwicklung der Prozesse auch auf die Entwicklung und Realisierung größenangepasster Werkzeugmaschinenkonzepte. In diesem Zusammenhang beschreibt das Square Foot Manufacturing Konzept ein innovatives Produktionskonzept für die Mikrofertigung, nach dem mehrere Kleinstmaschinen, sogenannte Mikrobearbeitungseinheiten, zur Herstellung von Mikrowerkstücken eingesetzt werden. Durch Kombination dieser Mikrobearbeitungseinheiten kann ein modulares Produktionssystem realisiert werden, dass ein hohes Maß an Veränderungsfähigkeit ermöglicht.
Die vorliegende Dissertation leistet mit der Entwicklung von, auf das Square Foot Manufacturing abgestimmten, Modulen und Prototypen einen Beitrag zur Umsetzung des Konzeptes. Dazu wird eine grundlegende wissenschaftliche Methode formuliert, deren Anwendung es erlaubt es, nach dem zu Grunde liegenden Konzept, geeignete Funktionsprinzipien für zu gestaltende Module zu ermitteln. Am Beispiel eines Moduls zur Ermöglichung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück wird die entwickelte Methode validiert, und aufbauend auf dem ermittelten Funktionsprinzip ein entsprechendes Maschinenelement, die Vorschubeinheit, entwickelt. Dabei wird entgegen heute in Werkzeugmaschinen üblichen Ansätzen eine Kombination aus piezoelektrischen Aktoren und monolithischen nachgiebigen Mechanismen als Wegvergrößerungssystem verwendet.
In Verbindung mit geeigneten Werkzeugmodulen werden vollständige Mikrobearbeitungseinheiten aufgebaut und mittels der Durchführung verschiedener Bearbeitungsoperationen erprobt. An Hand der Resultate der Bearbeitungsoperationen wird die Eignung der entwickelten Prototypen zur Herstellung von kleinen Teilen und somit auch für die Belange des Square Foot Manufacturing nachgewiesen.