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Dr.-Ing. Jörg Bauer

Oberingenieur Werkzeugmaschinen und Mechatronik
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 014, Geb. 50.36
Tel.: +49 721 608-46022
Fax: +49 721 608-45005
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Campus Süd



Dr.-Ing. Jörg Bauer

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Konzeption von hochintegrierten hydraulischen Vorschubantrieben für Mikrowerkzeugmaschinen


Projekte:

 

Lebenslauf:

 

seit 01/2014  Oberingenieur Werkzeugmaschinen und Mechatronik
seit 01/2010 Akademischer Mitarbeiter in der Gruppe Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
2004 – 2010 Studium des Maschinenbaus am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Fleischer, J. & Bauer, J. (2012), „Klein, aber fein“, O+P Ölhydraulik und Pneumatik, Band 1, S. 21-23.
Abstract:
Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ werden Methoden, Ansätze und Komponenten für Mikromaschinen entwickelt, die speziell für die Bearbeitung von Mikrobauteilen angepasst sind. Der Beitrag berichtet über die Entwicklung einer kompakten, hochintegrierten piezohydraulischen Vorschubachse. Diese Vorschubachse soll die hohe Kraftdichte der Hydraulik mit den sehr guten Dämpfungseigenschaften einer hydrostatischen Führung vereinen. Die hohe Regelgüte piezoelektrischer Proportionalsitzventile wird hierbei genutzt, um eine hohe Dynamik der Vorschubachse zu ermöglichen.

[ 2 ] Fleischer, J. & Bauer, J. (2012), „Highly integrated piezo-hydraulic feed axis“. 5th CIRP Conference on High Performance Cutting 2012, 4.6.2012-6.6.2012, Zürich, Schweiz, Procedia CIRP, Fifth CIRP Conference on High Performance Cutting 2012, Hrsg. Wegener, K., S. 342-346.
Abstract:
Currently used micro-machines are mostly based on macro machine tool principles. This leads to an unfavorable ratio of build and work space and also to high moving masses in comparison to the workpiece mass. To address these disadvantages it is necessary to develop new approaches for micro machines, micro machine components and new kinematic chains especially adapted to the requirements of micromachining. Therefore a new feed unit is designed featuring a highly integrated piezo-hydraulic feed axis, a parallel kinematic and a millimeter based radar measurement system. In this paper the design approach and the characterization of the compact highly integrated piezo-hydraulic feed axis is presented.

[ 3 ] Fleischer, J. & Bauer, J. (2012), „Highly integrated hydraulic feed axis“. Actuator 2012 - International Conference and Exhibition on New Actuators and Drive Systems, 18.6.2012-20.6.2012, Bremen, Deutschland, Actuator 12 - Conference Proceedings, Hrsg. Borgmann, H., S. 734-737.
Abstract:
Machines currently used for micro-machining are mostly based on macro machine tool principles. This leads not only to an unfavorable ratio of build space and work space but also to high moving machine masses in comparison to the mass of the workpiece. These disadvantages are addressed within the research program “SPP 1476 - Small machine tools for small workpieces” advanced by the German Research Foundation (DFG). The goal of this program is to develop methods, approaches and components for micro machines that are especially adapted to requirements of micro machining. In this paper, the compact, highly integrated piezo-controlled hydraulic feed axis developed at the Institute of Production Science (wbk) in Karlsruhe will be presented.

[ 4 ] Fleischer, J.; Seemann, W.; Zwick, T.; Ayhan, S.; Bauer, J. & Kern, D. (2012), „Antriebsmodul für die Mikrobearbeitung - Parallelkinematisches hydraulisches Antriebsmodul mit Radarpositionsmessung“, wt Werkstattstechnik online, Band 11, S. 724-729.
Abstract:
Mikrobearbeitungsmaschinen weisen aufgrund heutiger Komponenten und Kinematiken, aus denen sie aufgebaut sind, oft Verbesserungspotentiale bezogen auf Bau- und Arbeitsraum sowie dem Verhältnis von bewegter Masse zu Werkstückmasse auf. Hierzu sind neue Ansätze erforderlich, die im DFG-Schwerpunktprogramm SPP 1476 „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ adressiert werden. Der Fachartikel zeigt den Ansatz eines neuartigen Antriebsmoduls für die angepasste Bearbeitung von Mikroformeinsätzen.

[ 5 ] Ayhan, S.; Bauer, J.; Gerdes, A.; Grimske, S.; Heinze, T. & Kern, D. (2013), „Effektiv auf kleinstem Raum“, maschine+werkzeug, Band 2, S. 76-77.
Abstract:
Mikrotechnik - In einem Raum von 364 x 321 x 415 mm ist eine komplette Werkzeugmaschine zur dreiachsigen Bearbeitung eines 70 x 30 x 10 mm Arbeitsraumes untergebracht. Darin kommen kleine neuartige Maschinenkomponenten zum Einsatz.

[ 6 ] Bauer, J. & Fleischer, J. (2013), „Design approach for an adaptable highly integrated hydraulic feed axis“. 23rd CIRP Design Conference, 11.3.2013-13.3.2013, Bochum, Deutschland, Smart Product Engineering, Hrsg. Abramovici, M. & Stark, R., Springer, S. 593-602.
Abstract:
Currently, micro-machines are often based on principles of macro-machines. Results are unfavorable ratios between the build and the work space and also between the large moving masses and the work piece mass. To over-come these shortcomings, it is necessary to develop new approaches for work piece adaptable micro machine components as well as new kinematic chains es-pecially geared towards the requirements of micromachining. For this reason, a work piece adaptable, highly integrated, piezohydraulic feed axis is developed. In this paper, the design of the hydraulic feed axis as well as a simulation and scaling tool are outlined. Furthermore, measurements regarding accuracy are presented.

[ 7 ] Bauer, J.; Kern, D.; Ayhan, S.; Scherr, S.; Fleischer, J.; Seemann, W. & Zwick, T. (2013), „Planar positioning stage for micro machining“, Production Engineering, Band 5, Nr. 7, S. 511-516.
Abstract:
The following article presents an approach for a novel positioning stage as basic component of a small machine tool. It is a parallelkinematic machine (BiGlide mechanism), which converts the linear motion of two linear axes into a planar motion. The novel features, which were identified to be crucial for the transition from conventional machine tools to small ones, are: compact and precise feed axes, backlash free motion transmission, and direct measurement of the tool-center-point position and the ability of additional fine positioning. The proposed implementations are: hydraulic feed units, dry slide bearings as rotational joints, highly precise radar sensors and active variablelength struts of the parallelkinematic machine. Some of the simulation results are presented along with measurements of a currently designed prototype.

[ 8 ] Fleischer, J.; Bauer, J.; Koch, S. & Wagner, H. (2013), „CFK als Enabler im Werkzeugmaschinenbau“, VDI-Z, Band 7, S. 74-76.
Abstract:
Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken in der Nähe einer Eigenfrequenz von Werkzeugmaschinen können schwingungsbedingte Qualitätseinbußen, z.B. durch Rattern, entstehen. Potentielle Lösungen erfordern entweder umfangreiche, kostenintensive Eingriffe in die Maschinenstruktur oder eine Reduktion der Zerspanleistung. Am wbk Institut für Produktionstechnik wird daher ein Ansatz entwickelt, mit dem die Eigenfrequenzen der Maschine aktiv und variabel eingestellt werden können. Hierzu soll ein Schlitten aus CFK realisiert werden, der im Innern aus Kammern aufgebaut ist.

[ 9 ] Koch, S.; Bauer, J.; Horsch, J.; Wagner, H. & Fleischer, J. (2013), „Maschinenkomponenten mit adaptierbarer Eigenfrequenz“, ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Band 7, S. 487-491.
Abstract:
Am wbk Institut für Produktionstechnik wurde ein innovativer Leichtbau-Schlitten für Werkzeugmaschinen aufgebaut. Dieser zeichnet sich durch eine flexibel befüllbare Kammernbauweise aus. Anhand von experimentellen Modalanalysen konnte nachgewiesen werden, dass durch die Kammernbefüllung die Eigenfrequenzen des Schlittens variabel verschoben werden können. In neuesten Untersuchungen fand ein Abgleich der Messungen mittels Finite-Element-Simulationen statt und Modellansätze für die Fluidbefüllung wurden validiert.

[ 10 ] Bauer, J.; Mack, D. & Fleischer, J. (2014), „Highly integrated high precision fluidic feed axis“. 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, 23.6.2014-25.6.2014, Berkeley, Vereinigte Staaten von Amerika, Procedia CIRP - 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, HPC2014, Hrsg. Dornfeld, D. & Helu, M., Elsevier, S. 339-344.
Abstract:
Current machine tools for micro manufacturing feature unfavorable ratios of installation space to work space as well as moving masses compared to the work piece mass. Therefore, these machines show potential for optimization [1]. Machine tool components leading to these drawbacks are the currently used feed axes. The required features of such feed axes for micro manufacturing comprise high functional integration, high damping and high precision. Compared to electromechanically build up feed axes incorporating high installation space as well as small damping ratios due to linear guide rails, hydraulic feed axes feature the potential of a high force density and high damping ratios. However, a drawback is the poor precision. At the wbk Institute of Production Science Karlsruhe a novel approach has been realized: A highly integrated hydraulic feed axis with high compactness due to the hydraulic force density. Additionally, it features high functional integration by piezoelectric seat valves built into the piston rod and an integrated hydrostatic guidance system. Within this paper, the approach as well as the measurement results of the prototype of the feed axis by the Institute of Production Science are shown. Furthermore, it addresses the feed axis’s properties such as positioning errors, performance and inaccuracies. In the end, an outlook will be given on further ongoing research activities regarding an upgrade enabling an intelligent, active manipulation within the hydrostatic guidance system to compensate the errors of the feed axis.

[ 11 ] Koch, S.; Bauer, J.; Wagner, H.; Horsch, J.; Brecht, S. & Fleischer, J. (2014), „Characterization of an eigenfrequency adaptable machine tool carriage“. 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, 23.6.2014-25.6.2014, Berkeley, USA, Procedia CIRP - 6th CIRP International Conference on High Performance Cutting, HPC2014, Hrsg. Dornfeld, D. & Helu, M., Elsevier B.V., S. 412-417.
Abstract:
Current machine tools feature fixed eigenfrequencies which are often excited by high performance cutting operations leading to unfavorable process conditions or poor workpiece quality, for example, due to chatter. Approaches to resolve this problem either constitute in changes of the process conditions, adaptable auxiliary mass dampers or vast and expensive changes within the machine tool structure. All of these approaches are either expensive, lead to a lower cutting ability or do not address the underlying problem. A novel approach to avoid chatter is described in this paper. It deals with a frequency adaptable machine tool carriage made out of hollow carbon fiber reinforced plastic (CFRP) profiles. This light structure enables chambers to be filled separately. This allows a tuning of the eigenfrequencies by pumping fluid into the chambers of the carriage reducing the eigenfrequencies. The CFRP structure has a high added mass to component mass ratio due to the high stiffness in relation to the density of the CFRP. Thus shifting the eigenfrequencies on a larger scale in comparison to the carriages of the same kind but made out of steel or cast iron.

Within this paper, the approach as well as measurement results of the prototypical realization will be presented. The paper will address measurements of sloshing, the influence of added fluid mass regarding different filling levels and the influence of the control behavior of the feed axis. The paper shall conclude with a comparison of the measurements to a similar machine tool carriage made out of steel. In the end, an outlook on upcoming research topics and activities shall be given.

[ 12 ] Burtscher, J.; Koch, S.; Bauer, J.; Wagner, H. & Fleischer, J. (2015), „High Performance Machining Enabled by Adaptive Machine Components“. 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations (15th CMMO), 11.06.2015-12.06.2015, Karlsruhe, Germany, Procedia CIRP, Hrsg. Elsevier, Elsevier, S. 70-75.
Abstract:
A current drawback in high performance machining is the dynamic behavior of the machine tool. The dedicated Eigenfrequencies of the machine tool structure lead to not optimal cutting parameters due to the danger of chatter. Possibilities to overcome this drawback are on one hand the unwanted variation of the cutting parameters and on the other hand the variation of the dynamic properties of the machine tool components. The variation of the dynamic properties of these components requires high efforts and expenses. An approach to easily vary the dynamic characteristic of the machine tool is a carriage made out of Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) with adequate mass shifting by filling the built in chambers with a fluid. This leads to shifted Eigenfrequencies and therefore to optimal cutting parameters without chatter. The mass ratio between the empty lightweight machine tool carriage made out of CFRP and the one filled enables a significant frequency shift. Within this paper three issues will be addressed: first the frequency shift depending on the carriage's position will be examined, the frequency shift according to the filling strategy will be shown and finally the amplitude reduction related to the external excitation will be presented.

[ 13 ] Anderl, R.; Picard, A.; Wang, Y.; Fleischer, J.; Dosch, S.; Klee, B. & Bauer, J. (2015), Leitfaden Industrie 4.0 - Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA Verlag GmbH, Frankfurt am Main. ISBN/ISSN: 978-3-8163-0677-1
Abstract:
Viele Unternehmen sehen Industrie 4.0 eher als Herausforderung denn als Chance oder Befähiger für neue Geschäftsmodelle. Konkrete Lösungsansätze liegen häufig ebenso im Dunkeln wie die Frage, wofür Industrie 4.0 eigentlich steht. Die Vielfalt in der Unternehmenslandschaft des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus bedingt jedoch letztlich, dass sich jedes Unternehmen eine eigene Sichtweise auf Industrie 4.0 erarbeiten und eigene Ideen für die Nutzung der neuen Potentiale entwickeln muss. Zielsetzung des Leitfadens Industrie 4.0 ist es daher, mittelständischen Maschinen- und Anlagenbauern ein Werkzeug zur Entwicklung eigener Industrie-4.0-Geschäftsmodelle zur Verfügung zu stellen und damit eigene Industrie-4.0-Umsetzungen zu unterstützen. Damit stellt der Leitfaden keine vorgefertigte Strategie zur Umsetzung von Industrie 4.0 im eigenen Unternehmen dar, sondern zeigt vielmehr Werkzeuge und Vorgehensweisen für die individuelle Weiterentwicklung der eigenen Stärken und Kompetenzen auf.

[ 14 ] Klee, B.; Bauer, J.; Graule, D.; Brenner, D. & Fleischer, J. (2015), „Compensation of geometric errors using a highly integrated hydraulicfeed axis“. WGP Congress 2015, 7.9.2015-8.9.2015, Hamburg, Deutschland, WGP Congress 2015 - Progress in Production Engineering, Hrsg. Trans Tech Publications, S. 395-402.
Abstract:
Error compensation is a key to reach the geometric accuracies required for high precision machine tools. To prevent errors from affecting the machining process, compensation values for the feed axes can be used. However, conventional feed axes can only compensate deviations in their feed directions. By controlling its integrated hydraulic guiding system, the feed axis presented in this paper is capable of compensating errors in all other degrees of freedom as well. Using a specifically developed program, ideal parameters for the compensation of errors in a realistic 3D-axis-system were calculated. The axis’ characteristics were examined on a test rig for different types of controllers and compared to those parameters. It could be shown that the presented highly integrated hydraulic feed axis is capable of compensating typical Errors resulting from such a 3D-setup.

[ 15 ] Krause, M.; Bauer, J. & Fleischer, J. (2015), „Zuführung kleiner Bauteile über Schwingförderer“, wt Werkstattstechnik online, S. 627-632.
Abstract:
Die effiziente Teilezuführung ist eine herausfordernde Handhabungsoperation in der automatisierten Mikromontage. Für die Zuführung von kleinen Bauteilen unterschiedlichster Art ist vor allem das Prinzip der Gleitförderung eine interessante Alternative. Um mit diesem Prinzip eine Produktivitätssteigerung zu erreichen, ist ein Ansatz notwendig, mit dem sich die Bauteilbewegung vorhersagen lässt.

[ 16 ] Bauer, J.; Klee, B. & Fleischer, J. (2016), „Toolbox Industrie 4.0 für kleine und mittelständische Unternehmen“. Fertigungstechnisches Kolloquium Magdeburg, 09.03.2016-10.03.2016, Magdeburg, Deutschland, "KMU 4.0" Intelligente Fertigungstechnologie für kleine und mittelständische Unternehmen, Hrsg. Möhring, H.; Karpuschewski, B. & Bähr, R., S. 3.
Abstract:
Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen stellt Industrie 4.0 eine Herausforderung dar. Allgemeingültige Definitionen von Industrie 4.0 fehlen ebenso, wie universelle Vorgehensweisen zur Implementierung der neuen Lösungsansätze. Dabei entsteht eine vierte industrielle Revolution nur dadurch, dass Nutzen stiftende Innovationen entwickelt und von Unternehmen angewandt werden. Zur Entwicklung unternehmensspezifischer Ideen und Konzepte im Umfeld von Industrie 4.0 kann eine systematische Vorgehensweise entsprechend dem „Leitfaden Industrie 4.0“ angewandt werden. Die Besinnung auf eigene Kompetenzen und Stärken steht hier ebenso im Vordergrund, wie die Fokussierung auf den Nutzen für potentielle Anwender. Mit dem Werkzeugkasten Industrie 4.0 kann hierbei ein Hilfsmittel eingesetzt werden, dass die systematische Weiterentwicklung eigener Produkte und Produktionsprozesse unterstützt. Die Betrachtung von Use-Cases im Umfeld von Industrie 4.0 veranschaulicht das Konzept des Werkzeugkastens. Es zeigt sich auch, dass ein Mehrwert häufig schon durch die geschickte Verknüpfung und Nutzung von bereits verfügbaren Technologien zustande kommt. Für die vierte industrielle Revolution müssen vor allem Anwendungen entwickelt werden – gerade auch von kleinen und mittelständischen Unternehmen.

[ 17 ] Fleischer, J.; Schulze, V.; Klaiber, M.; Bauer, J.; Zanger, F.; Boev, N.; Leberle, U.; Spohrer, A. & Rothaupt, B. (2016), „The influence of tool holder technologies on milling performance “. 7th HPC 2016 – CIRP Conference on High Performance Cutting, 31.05.2016-02.06.2016, Chemnitz, Deutschland, Procedia CIRP 46 ( 2016 ), Hrsg. ELSEVIER, S. 226-229.
Abstract:
The quality of machined surfaces is significantly influenced by machine vibrations caused by the cutting process. Whereas most publications ignore the influence of the tool holder, this paper considers the dynamic behaviour of the whole cutting system consisting of spindle, tool holder, tool and workpiece. Therefore modal and operational vibration analyses were performed to describe the damping and operational characteristics of two competing tool holder technologies, namely heat shrink (HS) and hydraulic expansion (HE). It is shown that HE has higher damping rates than HS. Therefore, HE showed mainly better surface qualities, a 10 % higher productivity and an up to 300 % higher achievable life time of tools.

[ 18 ] Bauer, J. (2016), Hochintegriertes hydraulisches Vorschubsystem für die Bearbeitung kleiner Werkstücke mit hohen Fertigungsanforderungen. Dissertation, Karlsruhe.
Abstract:
Der Trend zur Miniaturisierung und zur Personalisierung von Produkten führt zu steigendem Bedarf an wirtschaftlich hergestellten kleinen Werkstücken mit hochgenauen Strukturen in immer geringeren Stückzahlen die teilweise vor Ort on-demand hergestellt werden. Werden jedoch heutige Werkzeugmaschinen für die Herstellung dieser Werkstücke betrachtet, so lassen sich Defizite feststellen. Heutige Maschinen für die Herstellung kleiner Bauteile sind um mehrere Größenordnungen größer als die Werkstücke. Dies resultiert aus der Konzeption basierend auf bekannten Prinzipien und Komponenten und führt zu einem höheren Ressourcenbedarf (z.B. Aufstellfläche und Energie) und technischen Nachteilen wie Ungenauigkeiten aufgrund thermisch bedingter Längenänderung der verhältnismäßig großen Maschinenstruktur. Zusätzlich sind die Maschinen auf ein großes Werkstück- und Prozessspektrum ausgelegt, sodass sie nicht optimal auf das einzelne Werkstück mit seinen Anforderungen angepasst werden können. Ein Konzept, diese Nachteile zu überwinden, stellt das Desktop-Manufacturing-Konzept mit modular aufgebauten Maschinen dar. Bei diesem wird im DFG-Schwerpunktprogramm „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ von den bekannten Komponenten und Kinematiken abgewichen und eine signifikante Reduktion der Modul- und letztlich Maschinengröße auf Basis einer gesteigerten funktionellen Integration auf Modulebene erreicht. Um eine schnelle wirtschaftliche Inbetriebnahme solcher modular aufgebauter Maschinen sicherstellen zu können, müssen die am Tool-Center-Point summierten geometrischen Fehler reduziert werden. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel dieser Arbeit, ein hochintegriertes hydraulisches Vorschubsystem mit multifunktionaler Nutzung des hydraulischen Wirkmediums für die Bearbeitung kleiner Werkstücke mit hohen Fertigungsanforderungen zu konzipieren und zu qualifizieren. Zunächst wird der Stand von Forschung und Technik dargestellt und die wesentlichen Anforderungen abgeleitet. Anschließend wird mit einer Funktionsanalyse das Vorschubsystem konzipiert. Die Teilsysteme werden detailliert, qualifiziert und in einer Synthese aus den Funktionen und Teilsystemen das Gesamtsystem zusammengefügt. Abschließend werden seine Eigenschaften sowie die Fähigkeit geometrische Fehler auszugleichen ermittelt und bewertet. Als Ergebnis der Arbeit liegt ein kompaktes, funktional hochintegriertes hochdynamisches hydraulisches Vorschubsystem mit multifunktionaler Nutzung des hydraulischen Wirkmediums mit aktivem Fehlerausgleich vor, das für den Einsatz in modularen Werkzeugmaschinen geeignet ist.

[ 19 ] Fleischer, J.; Bauer, J.; Klee, B. & Spohrer, A. (2016), „Efficient implementation of I4.0 with the VDMA toolbox based on use cases“. Wiener Produktionstechnik Kongress, 28.09.2016, Wien, Österreich, Adaptive and Smart Manufacturing, ISBN/ISSN: 978-3-7003-1976-4, Hrsg. Bleicher, F., S. 121-127.
Abstract:
Implementation of Industrie 4.0 is a challenge for Small and Medium Sized Enterprises (SME). For successful implementation of Industrie 4.0 it is imperative to de-duce a strategic roadmap with small steps based on use cases. The deduction of such use cases requires high creativity and the awareness of the competences within the SME. Therefore a toolbox and a workshop concept has been derived with VDMA to first asses the compe-tences of the SME, to create new ideas based on own competences and the internet technologies. Within this paper the concept as well as the toolbox will be present-ed and the approach for the creative generation of ideas for Industrie 4.0 within SME on the example of a smart ball screw drive will be outlined.

[ 20 ] Klee, B.; Bauer, J.; Jiang, H. & Fleischer, J. (2017), „Web-based Component Data for the Commissioning of Machine Tools“. The 24th CIRP Conference on Life Cycle Engineering, 08.03.2017, Kamakura, Japan, Procedia CIRP 61, Hrsg. Shozo Takata, S. K., S. 329-334.
Abstract:
This article presents an approach of simplifying machine tool commissioning processes with web based component data. As commissioning and error compensation processes of machines often require extensive manual labor and repetitive tasks, they present great potential for further digitalization. Therefore, a systematic approach for generating and implementing a digitalization concept is applied. As a result, a commissioning device accessing web based component data is implemented. The device uses geometric errors of individual components in a machine tool and generates compensation values for the control of the machine's axes.

[ 21 ] Bauer, J.; Klee, B. & Fleischer, J. (2017), „Highly Integrated Self-compensating Hydraulic Feed Axis for Small Machine Tools“ in Small Machine Tools for Small Workpieces, Hrsg. Wulfsberg, J. P. & Sanders, A., Springer, Cham, S. 103-115. ISBN/ISSN: 978-3-319-49267-4
Abstract:
Current machine tools for the machining of small workpieces show a remarkable disproportion of the machines’ size and the size of the components they produce. When trying to miniaturize such machine tools, feed axes play an important role. They position the workpiece and tool relative to each other and are, therefore, cru-cial for the accuracy and productivity of the machining process. The research and development of a highly accurate feed axis with a compact build space was the task of this project in the priority program SPP 1476. Within the two phases of the priority program, different demonstrators for compact feed axis systems have been developed and evaluated. The final system uses a hydraulic fluid in order to realize a feed axis with a combined guidance system in a compact body. The use of piezoelectric valves enables a precise and highly dynamic control of the oil flows in the axis. In contrast to conventional hydrostatic guidance systems, the axis can not only absorb forces of the machining process and component move-ments but also provide functionalities for an active compensation of geometric er-rors. This compensation can be achieved by actively controlling the oil flow in the guidance system with piezoelectric orifices. The oil flow affects the gap widths be-tween fixed guidance prisms and the moving housing of the axis. It can, therefore, compensate geometric errors by making small correctional movements in five de-grees of freedom.