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maschine+werkzeug 01/2018

Rattern nicht erwünscht

Extra Präzisionswerkzeuge

Werkzeugaufnahme - Wann beginnt ein System zu schwingen und wann bleibt es stabil? Prof. Dr. Paul Helmut Nebeling hat an der Hochschule Reutlingen das dynamische Verhalten von Werkzeugaufnahmen untersucht und dabei wichtige Anhaltspunkte gefunden.

Die Qualität der Werkstücke ist beim Fräsen sowohl von der statischen als auch von der dynamischen Steifigkeit der Maschine, des Werkstücks, des Werkzeugs und der Vorrichtung abhängig. All diese Komponenten müssen eine aufeinander abgestimmte Steifigkeit haben.

Bei der Untersuchung von Maschineneigenschaften werden jedoch laut Prof. Dr. Paul Helmut Nebeling, Professor im Fachgebiet Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme, Steuerungstechnik und Rapid Prototyping an der Hochschule Reutlingen, die Werkzeuge häufig nicht betrachtet. Allerdings haben Werkzeuge – insbesondere Schaftwerkzeuge – große Auswirkungen auf die Stabilität und damit auch auf die Qualität der Bauteile und die Werkzeugstandzeit.

Während die Gestellschwingungen der Maschine, die Regelkreise und Aufstellschwingungen unter 200 Hertz liegen, liegen die durch Werkzeuge und Aufnahmen hervorgerufenen Schwingungen häufig bei mehreren Kilohertz. Die Anregung durch den Zerspanprozess ist breitbandig, sodass alle Frequenzbereiche kritisch sein können.

Je nach Anwendung werden entweder Schaftwerkzeuge oder Werkzeugköpfe oder aber Blockwerkzeuge mit Wendeschneidplatten verwendet. Werden größere Flächen plan bearbeitet, sind häufig Wendeschneidplattenwerkzeuge im Einsatz. Bei Nuten oder der Bearbeitung in engen Kavitäten werden Schaftwerkzeuge mit kleineren Durchmessern verwendet.

Die Anzahl der Schneiden, die axiale Zustellung, das zu zerspanende Material und die Eingriffsbreite bestimmen sowohl die Gesamthöhe der Zerspankraft als auch die periodischen Schwankungen. Die Höhe der Zerspankräfte wird auch durch den Eingriffswinkel, die Anzahl der Schneiden, deren Anordnung sowie deren Mikrogestalt beeinflusst. In Abhängigkeit des Vorschubs pro Zahn, der Ungleichteilung und der Exzentrizität der Werkzeuge werden die einzelnen Schneiden unterschiedlich stark belastet. Das kann zu erhöhtem Verschleiß an einzelnen Schneiden führen.

Durch die Ungleichteilung der Schneiden werden einzelne Schneiden etwas mehr, andere etwas weniger belastet als bei gleichgeteilten Werkzeugen. Die Ungleichteilung reduziert aber auch die Schwingungsneigung, da unterschiedliche Frequenzen in einem Frequenzband angeregt werden. Während die Ungleichteilung und unterschiedliche Drallwinkel gewollt sind, ist die Exzentrizität meist durch Ungenauigkeiten der Schnittstellen, die Fertigungsgenauigkeit oder die Art der Werkzeugaufnahme bedingt.

  • Dieser Hartmetallrohling diente Prof. Dr. Paul Helmut Nebeling für seine Auszugversuche. Bild: Nebeling

    Dieser Hartmetallrohling diente Prof. Dr. Paul Helmut Nebeling für seine Auszugversuche. Bild: Nebeling

  • Kurze Hydrodehnaufnahme für Steifigkeitsmessungen und Fräsversuche. Bild: Nebeling

    Kurze Hydrodehnaufnahme für Steifigkeitsmessungen und Fräsversuche. Bild: Nebeling

  • Lange Hydrodehnaufnahme für Steifigkeitsmessungen und Fräsversuche. Bild: Nebeling

    Lange Hydrodehnaufnahme für Steifigkeitsmessungen und Fräsversuche. Bild: Nebeling

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