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DFG
FOR 1845
UP-HPC
DFG-Forschergruppe
FOR 1845
Ultra-Precision High Performance Cutting (UP-HPC)

Teilprojekt 3

Elektromagnetische Ultrapräzisions-Linearführung

Aufbau der elektromagnetischen Führung und Integration in einen Ultrapräzisionskreuztisch am IFW
Bild 1: Aufbau der elektromagnetischen Führung und Integration in einen Ultrapräzisionskreuztisch am IFW


Arbeitsgenauigkeit der elektromagnetischen Aktoren
Bild 2: Arbeitsgenauigkeit der elektromagnetischen Aktoren


Entkoppelte Regelung der Schlitten-Freiheitsgrade
Bild 3: Entkoppelte Regelung der Schlitten-Freiheitsgrade

Die Vorschubachsen von Ultrapräzisionsmaschinen sind in der Regel auf eine höchstmögliche Arbeitsgenauigkeit ausgelegt. Infolgedessen bestehen häufig Beschränkungen hinsichtlich der erzielbaren Achsdynamik und Fertigungsgeschwindigkeit, da eine gesteigerte Prozessdynamik zwangsläufig höhere dynamische Störkräfte und entsprechende Positionsabweichungen zur Folge hat. Vor diesem Hintergrund befasst sich das Teilprojekt 3 der Forschergruppe FOR 1845 "UP-HPC" mit der Entwicklung und Erforschung einer elektromagnetischen Linearführung für den Einsatz in der ultrapräzisen Hochleistungs-Fräsbearbeitung. Die Zielsetzung des Vorhabens ist die Steigerung der Vorschubgeschwindigkeiten in ultrapräzisen Fräsprozessen um den Faktor 10 auf bis zu 3.000 mm/min bei gleichbleibender Fertigungsqualität, d.h. mit Formabweichungen <0,1 µm und einer Oberflächengüte ≤10 nm.

Am IFW wurde eine prototypische Magnetführung für die Ultrapräzisionszerspanung aufgebaut und in ein 2-Achs-Positioniersystem integriert (Bild 1). Für die verwendeten elektromagnetischen Aktoren konnte eine Positioniergenauigkeit im Submikrometerbereich nachgewiesen werden (Bild 2). Für die Inbetriebnahme wurden zunächst PID-Regler für eine entkoppelte Freiheitsgradregelung herangezogen. Es konnte gezeigt werden, dass mittels einer Regelung mit geringer Komplexität bereits einzelne Freiheitsgrad des schwebenden Schlittens mit einer Genauigkeit von ±0,25 µm manipuliert werden können (Bild 3).

In aktuellen Arbeiten erfolgt die Implementierung einer PI-Zustandsregelung für eine weitere Steigerung der Arbeitsgenauigkeit und Positionierdynamik der Magnetführung.

Forschungsstelle

IFW, Leibniz Universität Hannover
Ansprechpartner: M. Sc. Rudolf Krüger (krueger_r@ifw.uni-hannover.de)