Der Bedarf an komplexen Präzisionskomponenten wächst kontinuierlich gleichzeitig erfordert
deren Fertigung höchste Bearbeitungsgenauigkeiten bei immer größerer kinematischer
Flexibilität. Ist die Werkzeugtechnologie für die Mikrobearbeitung industrietauglich beherrscht
so stoßen viele der eingesetzten 5-Achs- Maschinensysteme in punkto volumetrische
Arbeitsgenauigkeit an ihre Grenzen. Gleichzeitig kann beobachtet werden dass diese Maschinen
im Verhältnis zu deren Werkstücken sehr groß bauen. Dieses Missverhältnis wirft die
Forschungsfrage nach der Wirksamkeit einer Maschinenskalierung auf. Kann die Größe eines
Maschinensystems bei vergleichbaren Baugruppentoleranzen sowie Lager- und Struktursteifigkeiten
deutlich reduziert werden so kann eine Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit allein aufgrund
der verkürzten Hebelarme erzielt werden. Dann werden Führungen und Lager mit geringeren
Momenten belastet und die freien thermisch dehnbaren Längen reduziert. Gleichzeitig kann die
Vorschubdynamik aufgrund geringerer Trägheitsmassen erhöht werden. Neben technischen Vorteilen
können ökonomische und ökologische Vorteile durch geringere Raum- und Energiebedarfe
(Energieeffizienz) sowie reduzierte Investitionskosten erwartet werden. Vor dem beschriebenen
Hintergrund wird in der vorliegenden Dissertation die Auswirkung einer konstruktiven Skalierung
der Maschinensystemgröße auf die volumetrische Bearbeitungsgenauigkeit von fünfachsigen
Maschinensystemen diskutiert. In einem ersten Schritt werden marktrelevante Produkte sowie die
zugehörigen Bearbeitungsprozesse identifiziert und Maschinenanforderungen abgeleitet. Diese
werden an kommerziell erhältlichen Maschinensystemen gespiegelt. Es werden konstruktive Aspekte
zur Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit diskutiert ein Fehlerfortpflanzungsmodell für
Werkzeugmaschinen aufgestellt und die Potentiale der kompakten und der integralen Bauweise
aufgezeigt. Als Versuchsträger wird eine 5- Achs-Maschine in Kompaktbauweise systematisch
aufgebaut und messtechnisch untersucht. In einem Optimierungsschritt wird eine zusätzliche
Drehachse mit einem in den Antriebsspalt integrierten Hydrostatiklager (Integralbauweise)
erarbeitet. Es wird untersucht welche Eigenschaften und welche Auswirkungen diese Achse auf
die Gesamtmaschine im Vergleich zu einem kompakten Aufbau besitzt. Hierzu werden neben
geometrischen dynamischen und thermischen Untersuchungen vergleichende Antriebsuntersuchungen
durchgeführt. Durch den Maschinen- und Achsaufbau kann abschließend das Optimierungspotential
zur Steigerung der Arbeitsgenauigkeit durch die Kompakt- und die Integralbauweise bewertet
werden.
