Analyse des Biegeverhaltens von Werkzeugschnittstellen

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Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Im unteren Teil der Abbildung werden die Biegekennlinien bei einer einheitlichen Einzugskraft von 36 kN dargestellt, der oberen Teil zeigt die Werkzeugschnittstellen bei jeweiliger Normeinzugskraft. Für das TS-System wird eine Spanne von 36 bis 58 kN angegeben, für den Vergleich wird eine Einzugskraft von 48 kN gewählt. Die in der Praxis vorkommenden Einzugskräfte aller Systeme sind herstellerspezifisch und weichen zum Teil erheblich von den Einzugskräften nach Norm und den hier zum Vergleich gewählten Kräften ab. Aufgrund technischer Randbedingungen kann nicht jedes Werkzeugschnittstellensystem mit jeder Einzugskraft betrieben werden. Wegen des Kugelspannmechanismus des TS-Systems war die Untersuchung mittels eines nicht kraftverstärkenden Referenzspannsystems nicht möglich. Die für die Untersuchungen verwendeten Spannsysteme mit Kraftverstärkung sind mit gestrichelten Linien in den Diagrammen eingezeichnet.

Gewisse Streuung der Biegesteifigkeit

Durch variierende Toleranzlagen der Werkzeuge und Aufnahmen sowie ungenau bestimmbare Einzugskräfte der Spannsysteme ist eine gewisse Streuung der Biegesteifigkeit und der Länge des linearen Bereiches in den Untersuchungsergebnissen festzustellen. Wie in Bild 8 (unten) erkennbar ist, verhalten sich systembedingt die untersuchten Schnittstellen mit Plananlage (HSK-A, PSC und TS) bei identischer Einzugskraft im linearen Belastungsbereich vergleichbar. Die Auswertung von M_{B, krit} für die untersuchten Kugelspannsysteme der TS-Schnittstelle ergibt ähnliche Werte wie für die anderen Plananlagensysteme (Bild 6).

Werkzeugschnittstellensysteme weisen je nach konstruktiver Ausführung einen charakteristischen Biegekennlinienverlauf auf. Systeme mit Plananlage (HSK, PSC und TS) haben durch die abstützende Wirkung eine erheblich höhere Biegesteifigkeit als Systeme ohne Plananlage (SK). Bei ersteren kann durch eine Erhöhung der Einzugskraft der lineare Bereich der Kennlinie proportional verlängert werden. Die Biegesteifigkeit allerdings verläuft über der Einzugskraft asymptotisch gegen ein Maximum, so dass eine hohe Einzugskraft keine signifikant steifere Verbindung in der Werkzeugschnittstelle darstellt. In der Praxis sollten die Schnittstellensysteme prinzipiell innerhalb des Bereiches vor dem Abheben der Plananlage betrieben werden. Die Biegekennlinie des Steilkegels (SK) weist keinen nennenswerten Einfluss der Einzugskraft auf.

Untersuchungen der Eigenschaften unter Torsionlast folgen

Die Eigenschaften der Werkzeugschnittstellen unter Torsionlast werden Bestandteil einer zeitnahen weiteren Veröffentlichung seitens des WZL sein. Neben den statischen Eigenschaften sind auch der Einfluss der Drehzahl, das Verhalten im Zerspanprozess sowie der Verschleiß der Schnittstellen durch Werkzeugwechsel Inhalt aktueller und zukünftiger Untersuchungen im Arbeitskreis. MM

Literatur

[1] Kocherovsky, E.: HSK Handbook, Intelligent Concept, USA, 1999.

[2] Schubert, I.: Grenzlastverhalten von Schnittstellen zwischen Maschine und Werkzeug. Dissertation RWTH Aachen, 1994.

[3] Lembke, D.: Untersuchung der Gestaltungsmöglichkeiten für die Schnittstelle Maschine/Werkzeug. Dissertation RWTH Aachen, 1993.

[4] Petuelli, G.: Theoretische und experimentelle Bestimmung der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften normalbelasteter Fügestellen. Dissertation RWTH Aachen, 1983.

* Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist geschäftsführender Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen. Dipl.-Ing. Frank Müller und Dipl.-Ing. Petra Wagner sind dort wissenschaftliche Mitarbeiter und Dr.-Ing. Marcel Fey Oberingenieur. Weitere Informationen: Frank Müller, Tel. (02 41) 80-2 62 83, Fax (02 41) 80-2 22 93, f.mueller@wzl.rwth-aachen.de

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