Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit WiSe 24/25 PDF

Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Fertigungsgenauigkeit Fertigungstechnik Vorlesung 02 Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Dr.-Ing. Jörg Bold Institut für Werkzeugmaschinen...

Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Fertigungsgenauigkeit Fertigungstechnik Vorlesung 02 Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Dr.-Ing. Jörg Bold Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 1 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Vorbemerkung: Die Inhalte der folgenden Lehrveranstaltung unterliegen dem Urheberrecht. Ihre Nutzung ist nur eingeschriebenen Teilnehmer*innen des ISIS-Kurses erlaubt. Eine Weitergabe an Dritte ist nicht gestattet. Downloads und Kopien von Lehrinhalten sind ausschließlich Teilnehmer*innen des ISIS-Kurses erlaubt und nur für den privaten, nicht kommerziellen Gebrauch gestattet. Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 2 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Inhalt 1. Grundlagen und Definitionen 2. Geometrie 3. Stoffeigenschaften 4. Einfluss der Fertigung 5. Einfluss der Werkzeugmaschine Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 3 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Begriffsdefinition von Genauigkeit Genauigkeit: Qualitativer Begriff für das Ausmaß einer Annäherung von Ermitteltem auf Bezogenes. Hierbei unterscheidet man: ▪ Wahrer Wert: tatsächlicher Merkmalswert (Idealwert / Exakter Wert) ▪ Richtiger Wert: Näherungswert für den wahren Wert (Normwert / Sollwert) ▪ Erwartungswert: Wert des mittleren Ermittlungsergebnisses (Wiederholungswert / Mittlerer Istwert) Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 4 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Historische Entwicklung der erreichbaren Maschinengenauigkeiten Quelle: BRECHER; WECK: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme Konstruktion, Berechnung und messtechnische Beurteilung Band 2 Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 5 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Übersicht Fertigungsprozess WZM Bild: Lingenhöle Wirtschaftlichkeit Konstruktion Bauteil- genauigkeit Bild: Maxon Bild: SunFreund Bild: Zahnradfabrik Friedrichshafen Funktionsverhalten Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 6 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Auswahl des Fertigungsverfahrens Analyse der Aufgabenstellung Analyse des vorhandenen bzw. Technologie zu beschaffenden Werkstoff, Werkstoffzustand, Betriebsmittels Halbzeug, Oberflächenrauheit, Technologie Toleranz Be- bzw. verarbeitbare Analysemerkmale Werkstoffe, erzielbare Geometrie Oberflächengüten, Abmessungen, Teilefamilie, Toleranzen, Zeitspanungs- Analysekriterien Getriebeelemente Verfahrens- volumina, Prozessfähigkeit auswahl Auftragsdaten Geometrie Jahresstückzahlen, Losgröße, Fertigbare Geometrien, Wiederholhäufigkeit bearbeitbare Abmessungen Zeitwerte Zeitwerte Bearbeitungszeiten, Werkzeugstandzeiten, Werkzeugstandzeiten, Umrüstzeiten, Zykluszeiten, Umrüstzeiten, Zeitspanungsvolumina Vorbereitungszeiten Quelle: nach Betriebshütte Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 7 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Einflussfaktoren auf die Genauigkeit Stabilität und Verschleiß der ▪ Lager- und Führungstoleranzen Konstruktionselemente und ▪ Verschleiß an Achs- Funktionselemente und Führungselementen ▪ Prozess- und system- bedingte Thermodynamik Bild: Bügener Verschleiß der aktiven Verschleißart und Prozesskomponenten -form der Werkzeuge Bild: Schunk Abweichung der Geräte- und Parallelnutzung mehrerer Geräte und Maschinenstreuung im Nutzungsbereich Maschinen bei gleichem Produktions- spektrum Metallurgische und stoffliche Prozessschwankungen und Schwingungen Inhomogenität Funktionseinstellungenauigkeiten Positionier-, Einstell- und Kalibrierungenauigkeit Quelle: Bügener, Schunk Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 8 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Systembedingte Ungenauigkeiten in der Fertigung Maschinen- und verfahrensbedingte ▪ Unterschiedliche Funktionstoleranzen der Einflussfaktoren Maschinenelemente ▪ Ungenauigkeiten der Positionier- und Steuerungssysteme ▪ Wirksamkeit der Funktionskräfte ▪ Schwingungen des Gesamtsystems ▪ Energieumwandlung Werkzeugbedingte Einflussfaktoren ▪ Werkzeuggeometrie ▪ Werkzeugpositionierung und -anordnung ▪ Werkzeugverschleiß und Verschleißfolgewirksamkeit Werkstückbedingte Einflussfaktoren ▪ Geometrie der Werkstücke bzw. Halbzeuge ▪ Gefügestruktur und Stoffeigenschaften Umweltbedingte Einflussfaktoren ▪ Temperatur und Feuchtigkeit ▪ Physiologische und psychologische Bedingtheit Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 9 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Begriffsdefinitionen der Qualität Qualität Beschaffenheit einer Einheit bezüglich ihrer Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen. Qualitätsforderung Gesamtheit der Einzelforderungen an die Beschaffenheit einer Einheit: ▪ Sicherheit ▪ Zuverlässigkeit ▪ Verfügbarkeit Qualitätssicherung Maßnahmen zur Erzielung der geforderten Qualität: ▪ Qualitätsplanung ▪ Qualitätsprüfung ▪ Qualitätslenkung Bild: BSC Netzwerk Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 10 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Voraussetzungen für die qualitätsorientierte Fertigung Bild: AMC Bild: ISGATEC ▪ Fertigungs- und prüfgerechte ▪ Eindeutige Angaben über Dokumentation Funktionsmaße und die funktionsbedingten Makro- und ▪ Qualitätsbedingte Grundsatz- Mikroformen sowie deren fragen: zulässige Abweichungen. - Was soll geprüft werden? - Wo wird geprüft? ▪ Die Konstruktionsteile müssen - Welche Systemunsicherheiten vorgabengetreu gefertigt sind kalkülbedingt zulässig? werden. ▪ Fertigungs- und ▪ Die gefertigten Teile müssen im aufgabengerechte Mess- und Hinblick auf die Angaben Prüfeinrichtungen eindeutig geprüft werden Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 11 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Beispiel: Ultrapräzisionsdrehbearbeitung Erreichbare Genauigkeiten Formabweichung unter 1 µm auf 100 mm Rautiefen bis unterhalb von Rt = 0,05 µm Bearbeitbare Werkstoffe NE-Metalle (Al, Cu, u. a.) Kunststoffe (PMMA, CFK) Anwendung Metalloptische Bauelemente Magnetspeicherplatten Skalierung: Bild: Fraunhofer IPK 1 µm = 1/1000 mm = 0,001 mm 10 µm = 1/100 mm = 0,01 mm 100 µm = 1/10 mm = 0,1 mm Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 12 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Beispiel: Drahterosionsbearbeitung Erreichbare Oberflächengüte Ra von 0,5 µm bis 0,8 µm Bearbeitbare Werkstoffe Alle elektrisch leitfähigen Werkstoffe Mikrozahnrad Bild: Institut für Mikrotechnik Mainz Werkzeug Spezielle Cu-Legierungen (CuW) oder Graphit Funkenerosives Schleifen Positioniergenauigkeit bei Teilaufgaben beträgt ± 0,015° Bild: Hirschmann GmbH Größenvergleich Bild: Fraunhofer IPK Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 13 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Beispiel: Kokillenguss/Schwerkraftgießen Erreichbare Genauigkeiten Oberflächenrauheit: - Rt von 20 µm bis 320 µm Erreichbare relative Maßgenauigkeit: - bis zu 0,08 mm Wirtschaftliche Stückzahl mehr als 200 Stück Foto: WSU Sculpture Foundation Foto: PHB-Weserhütte Aus kaltzähem Stahlguss gegossene Kranhaken mit einer Tragfähigkeit von 1600 t Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 14 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Grundbegriffe der Fertigungsmesstechnik Prüfen: Messen bzw. Lehren Aktive Prüfung: Messen bzw. Lehren während der Fertigung Passive Prüfung: Messen bzw. Lehren nach der Fertigung Direkte Messung: Absolutmessung Indirekte Messung: Vergleichsmessung Prüfmittel: ▪ analog oder digital anzeigende Messgeräte ▪ Lehrensysteme als Maßverkörperung ▪ Hilfsmittel (z.B. Kalibrierungseinrichtung) ▪ Messen: liefert absolute Messwerte (mit Toleranz) ▪ Lehren: Vergleich (gut / schlecht) → keine Messwertausgabe Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 15 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Fehlerunterteilung Fehler Zufällige Fehler Systematische Fehler (zahlenmäßige Angabe der Unsicherheit und (bestimmbar und kompensierbar) nicht kompensierbar) Unrichtigkeit: Unsicherheit: Betrag der systematischen Fehler Auswirkung der zufälligen Fehler Ungenauigkeit: zu erwartende Unrichtigkeit bei gegebener Unsicherheit ▪ Fehler werden unterteilt in vermeidbare, korrigierbare und nicht korrigierbare Fehler. ▪ Die Unsicherheit wird entsprechend der sie bewirkenden Ursache als mechanische, thermische oder physikalische Unsicherheit sowie Laboratoriums- und Betriebsunsicherheit definiert. Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 16 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Topologie der Bauteilgeometrie Konstruktion + Fertigung Bauteilgeometrie Makrogeometrie Mikrogeometrie Ober- Maß- Form- Lage- Räume Flächen Linien Punkte flächen- toleranzen toleranzen toleranzen feingestalt Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 17 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Unterteilung der Werkstückqualität Werkstückqualität Maßgenauigkeit Formgenauigkeit Lagegenauigkeit Oberflächengüte Gibt die allgemein zulässigen Bezüglich der idealen Unterteilung in Richtungs-, Kurzwellige Maßtoleranzen eines Werk- Geradheit, Ebenheit, Orts- und Lagegenauigkeit. Gestaltabweichung der stücks an. Dabei werden die Rundheit, Zylinderform, Sie begrenzen die Oberfläche der 3.bis 5. Abmaße vom angegebenen Linienform oder zulässigen Abweichungen Ordnung. Nennmaß und die Lage des Flächenform. von der geometrisch Toleranzfeldes zum Nenn- idealen Lage zweier oder maß definiert. Angabe der mehrerer Elemente Genauigkeitsgrade nach DIN zueinander. oder ISO. Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 18 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Gliederungssystem für Gestaltabweichung nach DIN 4760 Gestaltabweichung Beispiele für Ursachen und Art der Abweichung 1. Ordnung: Formabweichungen Fehler in den Führungen der Werkzeugmaschine, Durchbiegung der Maschine oder des Werkstücks, Härteverzug und Verschleiß führen zu Geradheits-, Ebenheits- , Rundheitsabweichung 2. Ordnung: Welligkeit außermittige Einspannung, Form- oder Laufabweichungen eines Fräsers, Schwingungen der Werkzeugmaschine oder des Werkzeugs führen zu Wellen 3. Ordnung: Rauheit Form der Werkzeuge, Vorschub oder Zustellung des Werkzeugs führt zu Rillen 4. Ordnung: Rauheit Vorgang der Spanbildung (Reiß-, Scherspan, Aufbauschneide), Werkstoffverformung beim Strahlen, Knospenbildung bei galvanischer Behandlung führt zu Riefen, Kuppen, Schuppen 5. Ordnung: Rauheit Kristallisationsvorgänge, Veränderung der Oberfläche durch chemische Einwirkung (z. B. Beizen) und Korrosionsvorgänge führen zu Abweichungen in der Gefügestruktur 6. Ordnung: Rauheit im atomaren Bereich Abweichung im Gitteraufbau des Werkstoffes Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 19 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Beispiel: Geometrische Abweichungen bei Bohrungen Geometrische Fehler Maßabweichung Formabweichung Lageabweichung Rauheitsabweichung Quelle: Kienzle Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 20 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Rauheitskenngrößen nach DIN EN ISO 4287 z Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 1 Rz = ( Z1 + Z2 + Z3 + Z4 + Z5 ) x 5 lr ln Vorlauf Nachlauf ▪ Rz (gemittelte Rautiefe) wird in der Regel als arithmetisches Mittel aus den maximalen Profilhöhen Z von 5 Einzelmessstrecken der Länge lr ermittelt. Quelle: DIN EN ISO 4287 Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 21 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Rauheitskenngrößen nach DIN EN ISO 4287 z n 1 Ra ≈ ෍ |zi | Ra n i=1 x ▪ Ra (Mittenrauwert) ▪ Arithmetische Mittel der Absolutbeträge der Ordinatenwerte des Rauheitsprofils. Ra ist die Höhe der integrierten Fläche auf die gegebene Messlänge l. ▪ Die Aussagekraft von Ra ist gering. Ra reagiert unempfindlich gegenüber extremen Profilspitzen und -tälern. Quelle: DIN EN ISO 4287 Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 22 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Erreichbare Rautiefen verschiedener Fertigungsverfahren Fertigungsverfahren im Qualitätsvergleich (Rz) nach DIN 4766 (zurückgezogen) Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 23 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Herleitung der Materialanteilkurve (Abbott-Kurve) Annäherung der Materialanteilkurve durch drei Geraden Beispiel: Profilformen und Materialanteilkurven 200 x 100 x 5 µm 1 µm gedreht geschliffen 100 x 200 x 0,5 µm 25 µm gehobelt gehont Quelle: nach DIN EN ISO 13565, nach DIN 4776 (zurückgezogen) Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 24 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Wirkungskette der Stoffeigenschaften Werkstofftechnik: Konstruktion: Fertigung: Anwendungs- Stoffeigenschaften Werkstoffgerechte Erhaltung der gerechte Gestaltung Stoffeigenschaften Aufbereitung Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 25 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Systematik der Werkstoffeigenschaften Physikalische Eigenschaften z.B.: ▪ Thermische / Elektrische / Magnetische / Optische Eigenschaften ▪ Struktureigenschaften ▪ Gefügeeigenschaften Chemische / Elektrochemische ▪ Atomare Zusammensetzung Eigenschaften z.B.: ▪ Chemische Bindung ▪ Korrosionspotential Mechanische Eigenschaften z.B.: ▪ Festigkeit ▪ Elastizität / Plastizität ▪ Härte Technologische Eigenschaften z.B.: ▪ Umformbarkeit ▪ Schweißbarkeit ▪ Zerspanbarkeit Systemeigenschaften z.B.: ▪ Korrosionsbeständigkeit ▪ Tribologische Eigenschaften Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 26 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Einfluss der Fertigung auf den Werkstoff Ursache Wirkung Mechanische Beanspruchung ▪ Eigenspannungen ▪ Oberflächenstruktur ▪ Verfestigung ▪ Verformungstextur Thermische Beanspruchung ▪ Eigenspannungen und Verzug ▪ Schmelzen ▪ Grobkörnigkeit ▪ Phasentransformation ▪ Diffusion Chemische Beanspruchung ▪ Oberflächenreaktion Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 27 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Randzonenschädigung beim Läppen von monokristallinem Silicium Schädigungsmodell Schädigung durch Läppen Polykristalline Zone Risszone Übergangszone Elastische Verspannungszone Ungestörter 10 µm Einkristall Quelle: Hadamovsky, Engel Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 28 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Drehen von Faserverbundkunststoff Faserschädigung durch das Werkzeug beim Drehen von Faserverbundkunststoff mit diamantbeschichteten Wendeschneidplatten 5 µm 20 µm 5 µm 5 µm Schneidkante einer diamant- Bearbeitungsspuren der Bearbeitungsspuren der Delaminierte Glasfaser ohne Diamantkristalle in einer Diamantkristalle in einer beschichteten Bearbeitungsspuren delaminierten Glasfaser delaminierten Glasfaser Wendenschneidplatte (in Schnittrichtung) (senkrecht zur Schnittrichtung) Quelle: Lachmund Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 29 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Funktionsgenauigkeit der Werkzeugmaschine Konstruktionsgenauigkeit Als theoretische Funktionsgenauigkeit der Maschine Herstellungsgenauigkeit Ermittelt durch eine Abnahmeprüfung Arbeitsgenauigkeit (Prozessgenauigkeit) Als Funktionsgenauigkeit im Betriebszustand ▪ statische Verformungen Störungen ▪ dynamische Verformungen ▪ thermische Verformungen ▪ tribologische Veränderungen Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 30 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Maschinengenauigkeit Fehlerkette (Un)genauigkeit der (Un)genauigkeit der (Un)genauigkeit der Maschinenelemente Maschinenkomponenten Maschine Foto: Werkzeugaufnahme Foto: Spindel mit Werkzeugaufnahme Foto: Werkzeugmaschine Bilder: Fraunhofer IPK Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 31 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Statische Störeinflüsse Eigen- Einflüsse durch Ursachen: spannungen das Fundament Eigengewichte Spannkräfte Prozesskräfte Klemmkräfte Maschinen Beschleunigungs- Reibungskräfte kräfte Statische Verformung im Bauteil Gegenmaßnahmen: ▪ Erhöhung der statischen Bauteilsteifigkeit (Geometrie, Werkstoff, Lasteinleitung) ▪ Verringerung der auftretenden Belastungen (Kräfte) Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 32 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Dynamische Störeinflüsse Ursache: ▪ Fremderregte (freie oder erzwungene) Schwingungen ▪ Selbsterregte Schwingungen Wirkung: ▪ Beeinträchtigung der Arbeitsgenauig- keit durch Destabilisierung des Maschinenzustands ▪ Minderung der Arbeitsleistung ▪ Massenausgleich bei fremderregten Schwingungen Gegenmaßnahmen: ▪ Erhöhung der statischen Steifigkeit ▪ Erhöhung der Systemdämpfung ▪ Einsatz von Schwingungstilgern ▪ Einsatz von aktiven und passiven Video Dämpfern Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 33 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Thermische Störeinflüsse Thermische Störeinflüsse Interne Externe Störeinflüsse Störeinflüsse Umgebungs- Antriebsverluste Prozessverluste Wärmestrahlung Luftbewegung temperatur Gegenmaßnahmen: Konstruktive Maßnahmen ▪ Verringerung der Wärmequellen (z. B. Wärmequellen außerhalb der Maschine, Schmierung, Späneabfuhr, Kühlung) ▪ Verringerung der Auswirkung (z. B. thermisch optimierte Konstruktion / Werkstoffauswahl, große wärmeabgebende Oberflächen) Kompensatorische ▪ mit Eingriff in den Energiehaushalt (z. B. geregelte Kühlung, geregelte Maßnahmen Heizung) ▪ ohne Eingriff in den Energiehaushalt (z. B. Nachstellen von Werkstück oder Werkzeug in Abhängigkeit von signifikanten Parametern, Entwicklung von Kompensationsalgorithmen) Umgebungseinfluss ▪ (z. B. Raumtemperatur konstant, kontrollierte Luftbewegung, Wärmestrahlung unterbinden) Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 34 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Tribologische Veränderungen Ursache: ▪ Reibung ▪ Verschleiß ▪ Schmierung Wirkung: ▪ Stetige Verschlechterung des Fertigungsprozesses ▪ Große Genauigkeitsabweichung ▪ Unkontrollierbarkeit des Fertigungsprozesses Gegenmaßnahmen: ▪ Geeignete Werkstoffauswahl ▪ Oberflächenbearbeitung (Rauheitsveränderung, Beschichtung) Bild: Schunk Bild: IWF TU Berlin Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 35 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Lernziele 1 Studierende können… ▪ die Begriffe „Genauigkeit“ und „Qualität“ definieren. ▪ die 4 systembedingten Ungenauigkeiten in der Fertigung benennen und jeweils ein Beispiel angeben. ▪ die allgemeine Unterteilung von Fehlern benennen und diese beschreiben. ▪ die allgemeine Unterteilung der Werkstückqualität benennen (skizzieren). ▪ die Begriffe „Unrichtigkeit“, „Unsicherheit“ und „Ungenauigkeit“ zuordnen. ▪ die Begriffe „Maßgenauigkeit“, „Formgenauigkeit“, „Lagegenauigkeit“ und „Oberflächengüte“ erläutern (Skizze). ▪ die erreichbare Rautiefen für die Fertigungsverfahren „Drehen“, „Bohren“ und „Läppen“ angeben. Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 36 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann  Fertigungstechnik VL 02: Fertigungsgenauigkeit Lernziele 2 Studierende können… ▪ die ersten 3 Ordnungen der Gestaltabweichung benennen und jeweils ein Beispiel für deren Ursache und Art der Abweichung angeben. ▪ die Fehlerkette der Maschinengenauigkeit benennen (skizzieren). ▪ 5 Ursachen für „Statische Störeinflüsse“ auf Werkzeugmaschinen benennen und mindestens eine Gegenmaßnahme angeben. ▪ 2 Ursachen für „Dynamische Störeinflüsse“ auf Werkzeugmaschinen benennen und mindestens zwei Gegenmaßnahmen angeben. Institut für Werkzeugmaschinen FT VL 2 Technische Folie 37 und Fabrikbetrieb Universität Berlin WiSe 24/25 Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann