Werkzeuge Gedämpfte Bohrstangen steigern die Bearbeitungsqualität

Lang auskragende Bohrstangen und Werkzeughalter sind für viele Bearbeitungs-aufgaben unerlässlich. Jedoch sind sie sehr schwingungsanfällig, was Zerspanvolumen und Bearbeitungsgenauigkeit einschränkt. Schwingungsgedämpfte Bohrstangen ermöglichen eine deutliche Qualitätsverbesserung.

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EWS Weigele GmbH & Co KG

Für die Innenbearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile werden häufig Werkzeugsysteme mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis l/d > 5 benötigt. Werden dazu Standardbohrstangen verwendet, so sind diese aufgrund des großen l/d-Verhältnisses sehr schwingungsanfällig, was zu einem instabilen Bearbeitungsprozess und somit zu negativen Folgen hinsichtlich der Werkzeugstandzeit und Bearbeitungsqualität führen kann. Der für die Zerspanaufgabe zur Verfügung stehende Verfahr- und Bearbeitungsraum ist meist begrenzt und eine Vergrößerung des Bohrstangendurchmessers zur Schwingungsstabilisierung somit meist nicht möglich oder aufgrund der damit steigenden Masse nicht sinnvoll.

Eine Möglichkeit, Schwingungsamplituden im Prozess effektiv zu minimieren, bietet der Einsatz von Schwingungsdämpfern [1]. Um diesen Ansatz zu verfolgen, starteten die EWS Weigele GmbH & Co. KG und das Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart 2011 ein Kooperationsprojekt zur Entwicklung eines gedämpften Bohrstangensystems (Bild 1). Dieses inzwischen erfolgreich abgeschlossene Projekt wurde durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Das Schwingungsverhalten wurde im Simulationsmodell untersucht

Ausgangspunkt war eine konventionelle Bohrstange von EWS mit l/d = 5. Um die dominierenden Eigenfrequenzen der Bohrstange und die dabei auftretenden Schwingungsamplituden zu bestimmen, wurde experimentell deren Nachgiebigkeitsfrequenzgang (NFG) ermittelt. Darüber hinaus kann aus dem NFG die wirksame Schwingungsdämpfung berechnet werden. Die ermittelten Eigenfrequenzen, Nachgiebigkeiten und Dämpfungswerte wurden herangezogen, um ein Simulationsmodell, basierend auf der Finite-Elemente-Methode (FEM), zu erstellen und zu verifizieren (Bild 2).

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