Werkstückspannung optimiert

Der Spannprozess mit Drehfuttern wird sicherer

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Blick auf die technische Zuverlässigkeit

Im Mittelpunkt der technischen Zuverlässigkeit steht die Frage, unter welchen Umständen bedienerabhängige Schwankungen des Spannzustands zur Freisetzung von Werkstücken führen können und wie die Freisetzungsphase beginnt. Um das zu beantworten, wurden umfangreiche statische und dynamische Spannversuche auf einem industriellen Prüfstand für Fräs-Drehtische durchgeführt und statistisch ausgewertet. Für die statischen Versuche wurde der Prüfstand mit geeigneter Kraft- und Wegmesstechnik sowie einem Hydraulikzylinder zur Simulation der Bearbeitungskraft ausgestattet (Bild 2).

Auf Basis eines statistischen Versuchsplans konnten somit die erzielbaren Spannkräfte, die Verlagerungen und Verformungen der Spannbacken sowie die Grenzbelastung des Werkstückspannsystems in Abhängigkeit sicherheitsrelevanter Einflussparameter (zum Beispiel Bedienart, Schmierzustand des Futters, Spanndurchmesser) identifiziert und beschrieben werden.

Bild 2: Das Messkonzept für statische (links) und dynamische (rechts) Versuche am Prüfstand.
Bild 2: Das Messkonzept für statische (links) und dynamische (rechts) Versuche am Prüfstand.
(Bild: TU Chemnitz)

In dynamischen Versuchen wurde die Spannsituation in Abhängigkeit der Drehzahl sowie steuerungsseitiger Beschleunigungs- und Verzögerungsfunktionen analysiert. Dazu wurde der Prüfstand mit einer Hochgeschwindigkeitskamera sowie Lasertriangulationssensoren zur Erfassung der Werkstückverlagerung während der Rotation ausgestattet (auch Bild 2). Außer einer bereits vorhandenen massiven Schutzglocke für die Sicherheit des Maschinenbedieners, wurde ein zusätzlicher Aufprallschutz installiert, um Schäden am Prüfstand zu vermeiden. Die aus den statischen und dynamischen Versuchen erhobenen Daten werden schließlich statistisch ausgewertet und Ursache-Wirkung-Zusammenhänge bezüglich einer möglichen Werkstückfreisetzung quantifiziert.

Bedienart und Schmierzustand beeinflussen Spannkräfte

Bei den statischen Untersuchungen eines manuell zu bedienenden Backenfuttersystems wurde etwa der Einfluss der Bedienart und des Schmierzustandes des Backenfutters auf die erzielbare Spannkraft hin analysiert. Das Backenfutter wurde dazu mehrmals per Drehmomentschlüssel mit dem maximalen Spannmoment gespannt, wodurch laut Herstellerangaben eine Spannkraft von 240 Kilonewton mit einer Toleranz von circa 15 Prozent möglich ist.

Beim Spannen mit kurzen Spannhüben – das heißt, die Spannbacken werden beim Entspannen nur geringfügig nach außen gefahren – konnte im Vergleich zur Herstellerangabe lediglich eine um 40 bis 50 Prozent geringere Spannkraft erzielt werden. Durch das Verfahren der Spannbacken bis in die innere und äußere Endlage vor beziehungsweise nach jeder 5. Wiederholmessung wurden hingegen konstant höhere Spannkräfte bei gleichem Spannmoment gemessen. Der Grund dafür ist die Verteilung des Schmierfetts, welches beim Spannvorgang aus den Druckflächen herausgedrückt und bei kurzen Spannhüben nicht wieder gleichmäßig verteilt wird. Die maximale Spannkraft konnte jedoch erreicht werden, indem vor respektive nach jeder 5. Wiederholmessung die Spannbacken in die Endlagen gefahren und die Druckflächen manuell geschmiert wurden. Der vorgegebene Sollwert wurde so innerhalb der Toleranz erreicht. Die Ergebnisse sind in Bild 3 dargestellt.

Bild 3: Die Spannkräfte in Abhängigkeit von der Bedienart und des Schmierzustandes bei maximal möglichem Spannmoment.
Bild 3: Die Spannkräfte in Abhängigkeit von der Bedienart und des Schmierzustandes bei maximal möglichem Spannmoment.
(Bild: TU Chemnitz)

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