Analyse des Biegeverhaltens von Werkzeugschnittstellen

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Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Auch die Biegesteifigkeit des HSK zeigt eine leichte Zunahme bei steigender Einzugskraft. Allerdings ist der Zusammenhang nicht proportional, vielmehr verläuft die Biegesteifigkeit asymptotisch gegen einen Maximalwert. Diesem Effekt liegt die nichtlineare Fugensteifigkeit in der Plananlagenverbindung zugrunde. Petuelli [4] hat gezeigt, dass die Fugensteifigkeit abhängig von der Flächenpressung der Verbindung einen maximalen Wert und somit eine Sättigung erreicht. Ab diesem Punkt führt eine weitere Erhöhung der Einzugskraft nicht zu einer weiteren Steigerung der Biegesteifigkeit.

Kennlinienbereich nach dem Abheben der Plananlage wird nicht betrachtet

Zur objektiven Betrachtung des Systemverhaltens der untersuchten genormten Werkzeugschnittstellen ist in Bild 7 lediglich der lineare Bereich der Belastung bis zu einem Biegemoment von 500 Nm dargestellt. Der Kennlinienbereich nach dem Abheben der Plananlage, welcher stark von dem verwendeten Spannsystem abhängig ist, wird im direkten Schnittstellenvergleich nicht betrachtet. Der Vergleich der Referenzspannsysteme ohne Kraftverstärkung erfolgt im oberen Diagramm bei einer Einzugskraft von 30 kN, im unteren bei jeweiliger Normeinzugskraft. Deutlich ist das von den Systemen mit Plananlage abweichende Verhalten des Steilkegels zu erkennen, der als Reaktion auf das Biegemoment eine größere Verkippung aufweist. Der von Null abweichende Anfangswert repräsentiert die sich einstellende nicht reversible Verkippung des Werkzeuges nach der Erstbelastung mit M_B = 1000 Nm durch Setz- und Klemmeffekte.

Die Systeme mit Plananlage (HSK und PSC) haben einen identischen Außendurchmesser der Plananlagen. Bei gleicher Einzugskraft von 30 kN sind die Verläufe der Biegekennlinien im linearen Bereich ähnlich, da hier die Abstützung durch die Plananlage maßgeblich ist. Auch hinsichtlich der Kennwerte Biegesteifigkeit und Ende des linearen Bereiches (Bild 6) sind die Differenzen gering. Die Einzugskraft laut der jeweiligen Norm beträgt für den HSK-A 63 18 kN, für den PSC 63 jedoch 30 kN. Vergleicht man die Biegekennlinien bei dieser Kraft, beginnt die HSK-Plananlage früher von der Spindel abzuheben, was sich in einem geringeren M_{B, krit} im Vergleich zum PSC äußert.

Marktverfügbare Spannsysteme sind oft durch eine Kraftverstärkung gekennzeichnet

Im Vergleich zu den Referenzspannsystemen sind die marktverfügbaren Spannsysteme oft durch eine Kraftverstärkung im Spannsatz gekennzeichnet. Dadurch ändern sich die Art der Krafteinleitung in das Werkzeug und die axiale Steifigkeit des Spannsystems variiert je nach Art und Hersteller. Zudem ist die Einzugskraft nicht exakt bestimmbar beziehungsweise messbar. In Bild 8 sind die Biegekennlinien der verwendeten Referenzspannsysteme (einheitlicher Spindeldummy, Spannsystem ohne Kraftverstärkung und definiert gefertigte Werkzeuge) einigen marktverfügbaren Systemen gegenübergestellt.

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