Ziel der Entwicklung
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) sowie hochbelastbare Werkzeug- und Werkzeugspanntechnik-Systeme benötigt. Im Zuge des bewussten und immer stärkeren Auslastens der Leistungsgrenzen von Maschine und Werkzeug gehen sowohl die Hersteller als auch die Anwender an die Werkzeug-Stabilitätsgrenzen.
Gerade bei langauskragenden Werkzeugen (oft mit mehreren Trennstellen) besteht schon naturgemäß ein ungünstiges Stabilitätsverhalten (welches sich mit größer werdenden L:D- Verhältnis immer mehr verstärkt). Im Regelfall sind diese Werkzeuge auch dementsprechend stark schwingungsanfällig. Um dennoch das Maximum - ohne Überschreitung der Stabilitätsgrenze - aus den Werkzeugen für den jeweiligen Zerspaneinsatz „herausholen“ zu können, wurde im Rahmen dieses Projektes die Basis für anwendungsspezifische, dynamischen Belastungsprüfungen geschaffen. Das heißt:
Durch die Entwicklung und Fertigung modular aufgebauter Prüfmodule (Bild 1 zeigt das Grundprinzip) und deren gezielte hard- u. softwareseitige Einbindung in einem Prüfsystem, wurde die Möglichkeit für technische bzw. wissenschaftliche Untersuchungen geschaffen. Während der Werkzeug- bzw. Spindelratation sind so auf einem separaten Prüfstand (maschinenunabhängig), aber unter praxisnahen Bedingungen (individuelle Einleitungsmöglichkeit von simulierten Zerspankräften und/ oder Zerspaneingriffsfrequenzen) wissenschaftliche Untersuchungen bezüglich:
- dem Stabilitätsverhalten (dynamische Biegenachgiebigkeiten, Trennstellensteifigkeit) und
- zur Bestimmung der Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik möglich (Bild 2 Prüfmodul).
Nach manuellem Werkzeugeinzug in die entsprechende spindelseitige Schnittstelle (es stehen wahlweise unterschiedliche HSK- Baugrößen und ein Capto zur Verfügung), verlaufen die Untersuchungen PC-gesteuert und automatisiert. Komplett sensorüberwacht sind während der Unteruchungsdauer stets relevante online-Informationen abrufbar.
Durch die experimentelle Simulationen (sowohl im Kurzzeitbereich als auch im Dauertest) können gezielt Qualitätsverbesserungen aber auch technologische Schwachstellen (Grenzbelastungen) reproduzierbar aufgezeigt werden.
Vorteile und Lösungen
Mit dem Projekt wurde das grundlegende Ziel verfolgt, einen relevanten Beitrag zur definierten Charakterisierung sowie zur Verbesserung des dynamischen Einsatzverhaltens lang auskragender Werkzeuge (inkl. deren Trennstellen) zu leisten. Betrachtet wurden insbesondere das Stabilitäts- und Schwingungsverhalten.
Da die Belastungsprüfungen vorzugsweise im Vorfeld der industriellen Anwendung anvisiert sind, können letztendlich die Hersteller, aber im besonderen Maße die Anwender, die o.g. Werkzeugsysteme detaillierte Informationen erhalten und ihr Produkt in optimaler Weise zum Einsatz bringen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Im Ausblick der vorangestellten Thematik werden für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen aber auch für neue inovative Werkzeug-Entwicklungen vom KMU bis zum OEM und Einrichtungen der angewandten Forschung nachfolgende Trens gesehen. Diese sind:
Ein Trend in der Werkzeugkonstruktion geht in Richtung Energieeffizeinz und Leichtbau (z.B. der Einsatz von Metall-schäumen). Mit dem im Rahmen dieses Projektes entwickelten Prüfsystems / Prüfmodule besteht die sehr gute Möglichkeit einer frühzeitigen Unterstützung, in Form individueller und praxisnahen Belastungsuntersuchungen, für diverse konstruktive Entwicklungskonzepte.
Ein weiterer Trend ist im Einsatz generativer Verfahren (z.B. industrieller 3D-Druck, Laserstrahlschmelzen) zu sehen,
der durch entsprechende Fachvorträge auf Industriemessen (wie z.B. der Workshop „Generative Fertigungstechnik" zur Intec 2015) massiv hervorgehoben wurde. Hier werden vorallem die Möglichkeiten der dynamischen Dauertestprü-fungen als ein wichtiger „Kontrollpunkt„ in der innovativen Werkzeugentwicklung gesehen.