Analyse des Biegeverhaltens von Werkzeugschnittstellen

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Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Als direkte Einflussgröße auf das Verhalten der Werkzeugschnittstelle gilt die Einzugskraft, also die axiale, durch das Spannsystem auf das Werkzeug aufgebrachte Kraft [2]. Um diese bei den untersuchten Schnittstellensystemen definiert aufbringen zu können, werden für die Versuchsreihen spezielle Referenzspannsysteme verwendet. Die Besonderheit dieser Systeme liegt in der genauen Messbarkeit der auf das Werkzeug wirkenden axialen Einzugskraft. Dazu sind die Spannsätze ohne mechanische Kraftverstärkung ausgeführt. Die der Zugstange durch eine Mutter aufgeprägte Kraft wird ohne die sonst übliche mechanische Verstärkung direkt in das Werkzeug eingeleitet und durch Dehnungsmessstreifen erfasst. Zum Erzielen einer größtmöglichen Vergleichbarkeit sind die Außenmaße der verwendeten Spindeldummies einheitlich, lediglich der Einbauraum für die Spannsätze und die Schnittstellengeometrie unterscheiden sich.

Kraftgeregelter Hydraulikzylinder erzeugt Biegemoment

Die Erzeugung des auf das Werkzeug wirkenden Biegemomentes erfolgt mit einem kraftgeregelten Hydraulikzylinder. Zur Messung der resultierenden relativen Verkippung a zwischen Werkzeug und Aufnahme kommen axial angeordnete induktive Wegsensoren zum Einsatz.

Der charakteristische Verlauf der Biegekennlinie einer Werkzeugschnittstelle mit Plananlage ist in Bild 4 dargestellt. Dazu wird der relative Kippwinkel azwischen Werkzeug und Spindeldummy über dem statischen Biegemoment M_Baufgetragen. Der Belastungszyklus bis zu einem Biegemoment von 1000 Nm und anschließender Entlastung wird zum Erzeugen einer einzelnen Biegekennlinie fünf Mal durchlaufen. Zur Bildung der dargestellten Kennlinien werden verschiedene Werkzeuge verwendet, um den Einfluss der variierenden Toleranzen zu berücksichtigen.

Für jede Einzugskraft werden 24 Biegekennlinien aufgenommen

Es kommen Werkzeuge mit jeweils Größt- und Kleinstkegeldurchmesser (innerhalb der Toleranzgrenzen der jeweiligen Norm) sowie Nominalgeometrie zum Einsatz. Die Lasteinleitung in die Werkzeugspitze erfolgt in vier um 90° versetzten Positionen um eventuelle Asymmetrien zu detektieren. Für jede Kombination aus Einzugskraft, Belastungsrichtung und Werkzeug werden zwei Biegekennlinien aufgenommen. Somit ergibt sich für jede Einzugskraft eine Anzahl von 24 Biegekennlinien, bestehend jeweils aus fünf Belastungszyklen. Diese Kennlinien werden nun statistisch gemittelt, wobei die erste Be- und Entlastung aufgrund von Setzungserscheinungen nicht in die Mittelung einbezogen wird.

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