Drehprozesse Elektrisches Drehspannfutter schont empfindliche Werkstücke

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Forscher an der Leibniz-Universität Hannover und Experten von HWR Spanntechnik zeigen hier, was ein Drehspannfutter mit Spannkraftmessung für Vorteile bringt.

Kraftspannfutter ermöglichen das schnelle Spannen von Werkstücken mithilfe hoher Spannkräfte. Für eine präzise Bearbeitung und einen sicheren Betrieb muss die Spannkraft aber regelmäßig manuell kontrolliert werden. Mit integrierter Sensorik kann diese Kontrolle entfallen. Am IFW Hannover wird deshalb zusammen mit der HWR Spanntechnik GmbH ein elektrisches Drehspannfutter zur prozessparallelen Spannkraftmessung entwickelt.

Das Potenzial von variablen Spannkräften

Zum effizienten und sicheren Spannen von Drehteilen in Werkzeugmaschinen werden kraftbetätigte Spannfutter, sogenannte Kraftspannfutter, eingesetzt. Sie ermöglichen das wiederholgenaue Fixieren von Werkstücken mit hohen Spannkräften von über 100 Kilonewton. Durch den wiederholgenauen Spannkraftaufbau eignen sich diese Systeme besonders für automatisierte Werkzeugmaschinen, die im Rahmen moderner Serienfertigungsprozesse eingesetzt werden. Für eine prozesssichere Spannung des Werkstücks werden dabei meist sehr hohe Spannkräfte benötigt. Denn ein unkontrolliertes Lösen des Werkstücks während der Drehbearbeitung wird dann vermieden. Der Einsatz hoher Spannkräfte stellt bei der Bearbeitung dünnwandiger Werkstücke jedoch eine Herausforderung dar: Zu hoch eingestellte Spannkräfte führen zu bleibenden Maß- und Formabweichungen des Werkstücks, sodass geforderte Toleranzen nur unter erheblichem zusätzlichen Einrichtungsaufwand eingehalten werden können. Um das Problem zu entschärfen, bedarf es insbesondere beim Spannen dünnwandiger Werkstücke einer Möglichkeit, um die Spannkraft sehr genau einstellen zu können. Eine Grundvoraussetzung dafür ist die Kenntnis der real wirkenden Kraft.

Prozessparallele Spannkraftmessung spart Zeit

Zur Messung der anliegenden Spannkraft werden in der Regel zusätzliche Spannkraftmessgeräte eingesetzt [WEC13]. Diese müssen allerdings anstelle des Werkstücks eingespannt werden, um die wirkende Spannkraft zu ermitteln. Folglich ist eine gezielte Spannkraftkontrolle und -anpassung zwischen zwei Fertigungsschritten (etwa beim Schruppen und Schlichten) in einer einzigen Werkstückeinspannung oft nicht möglich. Eine prozessparallele Messung der real wirkenden Spannkraft und die damit verbundene Vermeidung von Umspannvorgängen bietet somit die Chance zur Verringerung von Nebenzeiten. Zusätzlich lässt sich beispielsweise beim Wechsel von Schrupp- zu Schlichtoperationen die Spannkraft gezielt reduzieren, um bleibende Werkstückverformungen gering zu halten und so die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen.

Aufgrund dessen wird im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundvorhabens „CyberChuck“ ein sensorisches Kraftspannfutter entwickelt und erprobt. Dieses soll die Spannkraft sowohl prozessparallel messen als auch durch integrierte Aktoren gezielt an prozessspezifische Anforderungen adaptieren können.

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