Gedämpfte Bohrstangen steigern die Bearbeitungsqualität

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Das Diagramm in Bild 4 zeigt den Einfluss unterschiedlicher Koppelelemente zwischen Dämpfermasse und Bohrstange auf die maximale dynamische Nachgiebigkeit. Das Koppelelement der Variante 1 weist die höchste, das der Variante 3 die geringste Steifigkeit auf. Als Vergleichswert ist links die Nachgiebigkeit für die ungedämpften Bohrstangen mit einem l/d-Verhältnis von 6, 7 und 8 dargestellt. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, reduziert sich die maximale Nachgiebigkeit der längsten Bohrstange mit l/d = 8 von N_dyn = 26,1 µm/N auf N_dyn = 2,3 µm/N. Das ebenfalls berechnete Dämpfungsmaß konnte von 0,6 % im ungedämpften Fall auf 7,5 % unter Verwendung des Hilfsmassendämpfers der Variante 3 gesteigert werden.

Bessere Bearbeitungsqualität mit gedämpfter Bohrstange

Die durchgeführten Zerspanversuche bestätigen diese Ergebnisse. Es handelte sich dabei um einen Ausdrehprozess mit einer Bohrstange mit l/d = 6. Bild 5 zeigt die resultierenden Oberflächen des bearbeiteten Hohlzylinders ohne Einsatz eines Dämpfersystems sowie unter Verwendung der zuvor beschriebenen Hilfsmassendämpfervarianten. Die im Bild angegebenen Prozessparameter wurden konstant gehalten. Es ist zu erkennen, dass die Bearbeitungsqualität bei Verwendung der gedämpften Bohrstangen deutlich besser wird. Auch die gemessenen Rauheitswerte belegen dies. So beträgt der Mittenrauwert ohne Dämpfereinsatz Ra = 28 µm, bei Verwendung des Hilfsmassendämpfers in Variante 3 verbessert er sich auf Ra = 1,9 µm. Somit konnte die Funktionalität der gedämpften Bohrstange eindeutig nachgewiesen werden.

Aufgrund der erfolgreichen Versuche wurde die Bohrstange inzwischen in das Produktportfolio von EWS aufgenommen und unter dem Namen EWS-Rigid auf der EMO Hannover 2013 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt.

Schwingungsgedämpfte Bohrstangen sind ab 32 mm Durchmesser erhältlich

Die schwingungsgedämpften Bohrstangen sind in verschiedenen Größen ab Durchmesser 32 mm erhältlich. Sowohl auf der Maschinenseite als auch auf der abgehenden Werkzeugseite gibt es alle verbreiteten Anschlüsse, wie HSK, EWS-Capto, TS, ABS und das EWS-eigene Schnellwechselsystem Varia. Außerdem können Plattensitze in Standard- und in Sonderausführung angeboten werden. Bei EWS hat der Kunde somit die Möglichkeit, entsprechend seiner Bearbeitungsaufgabe auch bei ungünstigen l/d-Verhältnissen eine schnittstellenunabhängige Lösung ausarbeiten zu lassen, um die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit der Bauteile erheblich zu verbessern.

Literatur

[1] Weck, M.; Brecher, C.: Werkzeugmaschinen 5: Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, dynamische Stabilität. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2006.

[2] Ast, A.; Braun, S.; Eberhard, P.; Heisel, U.: Adaptronic vibration damping for machine tools. CIRP Annals 56 (2007) 1, S. 379-382.

[3] Brecher, C.; Bäumler, S.; Brockmann, B.: Hilfsmassendämpfer für Werkzeugmaschinen. Optimierte Auslegung passiver Hilfsmassendämpfer zur Stabilisierung von Bearbeitungsprozessen. wt Werkstattstechnik online 103 (2013) 5, S. 395-401.

[4] Hutchinson, J. R.: Shear Coefficients for Timoshenko Beam Theory. Journal of Applied Mechanics (2001), DOI: 10.1115/1.1349417, S. 87-91.

* Prof. Dr.-Ing. Prof. h. c. mult. Dr. h. c. mult. Uwe Heisel ist Direktor des Instituts für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart. Dr.-Ing. Thomas Stehle ist Oberingenieur und Dipl.-Ing. Philipp Jakob akademischer Mitarbeiter in der Abteilung Zerspanungstechnologie des Instituts. Frank Weigele ist Geschäftsführer Technik der EWS Weigele GmbH & Co. KG.

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