Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e. V. – GFE


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98574 Schmalkalden

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Geförderte Projekte: 20


Verfahrensentwicklung und Einrichtung zur dynamischen Grenzbelastungsprüfung von Werkzeug-Spanntechnik-Systemen


Komplexe Ausbaustufe des dynamischen Belastungsprüfstandes zur automatisierten Simulation
Komplexe Ausbaustufe des dynamischen Belastungsprüfstandes zur automatisierten Simulation

Projektidee

Um das gestiegene Potenzial an maximal umsetzbarer Zerspanungsarbeit, das durch die Verfahren der Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitszerspanung gegeben ist, auch uneingeschränkt am Werkstück umsetzen zu können, werden leistungsfähige Werkzeugmaschinen (mit Blickrichtung Hauptspindel und Antriebstechnik) aber auch hochbelastbare Werkzeug- und Werkzeugspanntechnik-Systeme benötigt. Im Zuge des bewussten und immer stärkeren Auslastens der Leistungsgrenzen von Maschine, Spannfutter und Werkzeug besteht die Gefahr einer überlastung. Ein Spannfutter-Spannkraft-Versagen in Form von Werkzeugauszug oder ein Werkzeugbruch waren partiell die Folge. Bislang bestand ein entsprechendes Kenntnisdefizit zu dynamischen Belastungsgrenzen von Werkzeugspannfuttern, welche die projektbezogenen Untersuchungen erforderten. Die Projektidee (Zielsetzung) beinhaltet wissenschaftliche Untersuchungen zu dem dynamischen Einsatzverhalten bzw. zur Ermittlung der dynamischen Grenzbelastung von Werkzeugspanntechnik, wie beispielsweise von Thermo-, Hydrodehn-, Kraftschrumpf- und Spannzangenspannfuttern. Die experimentelle, praxisnahe Ermittlung des dynamischen Spannkraft-Versagens (= axiale und oder radiale Werkzeugdrift), infolge der auf das Zerspanwerkzeug wirkenden Biegekräfte, axialen Belastungen und Torsionsmomente, stellt diesbezüglich das neuartige Ziel dar. Die dynamischen Belastungen sollen dabei exakt definiert als Einzelbelastungen oder in simultaner überlagerung erfolgen.

Kundennutzen

Bislang bestand ein entsprechendes Kenntnisdefizit zu dynamischen Belastungsgrenzen von Werkzeugspannfuttern sowie deren gespannten Werkzeugen. Genau an dieser Stelle setzten die Untersuchungen mit diesem Projekt an. Betrachtet wurden ausschließlich Werkzeugspannsysteme (Werkzeugspannfutter) für rotierende Schaftwerkzeuge wie Bohrer und Schaftfräser aus Hartmetall.
Entsprechend der Zielstellung wurde diese wissenschaftliche Forderung gelöst und damit eine neue Stufe in der Untersuchungs- und Bewertungsmöglichkeit zur maximalen Einsatzfähigkeit oben genannter Werkzeuge und Spannfutter erreicht. Die Grundlage zur Durchführung der praxisorientierten, dynamischen Belastungsuntersuchungen wurde durch die Entwicklung und Herstellung eines komplexen Prüfstandes (Bild) geschaffen. Dadurch ist es möglich, unter definierten Randbedingungen, unabhängig von einem Maschinentyp (BAZ) und bereits im Vorfeld der eigentlichen Anwendung, die dynamischen Belastungsgrenzen zu ermitteln.

Fazit der dynamischen Grenzbelastungsuntersuchengen:
Eine systematische Approximation an die dynamischen Grenzbelastungen
unterschiedlicher Werkzeug- und Spannfutter-Systeme ist möglich.

Fazit der dynamischen Grenzbelastungsuntersuchengen:
Vermeidung von Spanntechnikversagen und somit von Maschinenausfallzeiten sowie
Vermeidung von Werkzeugbruch und somit von Werkzeug- oder Werkstückschäden

Erhöhung der Arbeits- und Prozesssicherheit in der Hochleistungszerspanung

Ausblick

Im Ausblick der vorangestellten Thematik werden prinzipiell drei Betrachtungspunkte für weiterführende, wissenschaftliche Untersuchungen gesehen. Diese sind:

  1. Die Modifizierung des Prüfsystems bzw. der Belastungsmodule für Werkzeug- und Spanntechnik-Untersuchungen, zum Beispiel auf Basis der Integration von Hydraulik- und Regelungskomponenten, welche entsprechende Hoch-frequenzanwendungen simulieren können. Eine weitere Modifizierung wird mit der Belastungssimulation in einem Drehzahlbereich bis 20.000 min-1 gesehen.
  2. Die Durchführung von dynamischen Belastungsprüfungen für die spindel-seitige Schnittstelle der Werkzeugspanntechnik. Hierbei wird auch die Inte-gration eines Telemetriesystems in die Spindeleinheit in Betracht gezogen.
  3. Die dynamische Werkstoffprüfung insbesondere bei Verdacht auf diffizile Mikrorisse.

Stand: 21.01.2013
Projektdaten aktualisiert: 01.12.2012

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