Präzisionszerspanung mit elektrischer HSK-Schnittstelle

Keramikbearbeitung Präzisionszerspanung mit elektrischer HSK-Schnittstelle

06.12.2023 Von von J. Tschöpel, M. Polte, T. Hocke, B. Fleiner, C. Dicke und E. Uhlmann 5 min Lesedauer

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Wissenschaftler des IWF der Technischen Hochschule Berlin entwickeln eine elektrische Schnittstelle für eine HSK-40-Spindel, um die Keramikzerspanung zu optimieren.

Es gibt Materialien, die sind aufgrund ihres spröd-harten Charakters der relativ schnelle Tod für die Fräswerkzeuge. Forscher am IWF in Berlin haben mit Partnern nun eine HSK-Schnittstelle so optimiert, dass damit zum Beispiel Keramik besser zerspant werden kann. (Symbolbild)(Bild: Grob) — Es gibt Materialien, die sind aufgrund ihres spröd-harten Charakters der relativ schnelle Tod für die Fräswerkzeuge. Forscher am IWF in Berlin haben mit Partnern nun eine HSK-Schnittstelle so optimiert, dass damit zum Beispiel Keramik besser zerspant werden kann. (Symbolbild)
(Bild: Grob)

Keramische Werkstoffe finden aufgrund ihrer guten Verschleißfestigkeit, elektrischen Isolationseigenschaften und Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen ϑ immer öfter Anwendung in zahlreichen Konsumgütern, Medizinprodukten und Komponenten aus der Luft- und Raumfahrt. Begründet durch ihre hart-spröde Werkstoffcharakteristik ergeben sich bei der Zerspanung jedoch zahlreiche Herausforderungen bezüglich reduzierter Werkzeugstandzeiten T_St und unzureichender Zeitspanvolumina Q_W. Ein vielversprechender Ansatz, um dennoch komplexe Geometrien aus derartigen Werkstoffen herstellen zu können, stellt die ultraschallunterstützte Fräsbearbeitung dar. Dabei wird die Rotation des Werkzeugs mit einer hochfrequenten Linearbewegung in Axialrichtung überlagert. So kann die Werkzeugstandzeit T_St um bis zu 300 Prozent erhöht werden. Gleichzeitig reduziert sich die Gratbildung und das Zeitspanvolumen Q_W wird erhöht [YAN20].

So funktioniert die Zerspanung mit Ultraschallunterstützung

Der Grund dafür liegt in der periodischen Unterbrechung des Werkzeugeingriffs, was zu einer Reduzierung der entstehenden Schnittkräfte F_c und Temperaturen ϑ führt. Für die Nutzung dieser Technologie muss die Schwingungsaktorik, welche sich meist innerhalb des Werkzeughalters befindet, mit elektrischer Energie E_V versorgt werden. Dafür wird meist ein induktiver Drehüberträger genutzt, der in die Maschinenspindel integriert wird und die Versorgungsenergie E_V auf die rotierende Spindelwelle überträgt. Um diese Energie für das Ultraschallsystem nutzbar zu machen, muss die Werkzeugschnittstelle der Spindel mit einer elektrischen Kontaktierung ausgestattet werden. Bestehende Entwicklungen zu elektrischen Kontaktierungen von Werkzeughaltern nutzen dafür federnd gelagerte Kontaktstifte in der Planfläche A_P der HSK-Werkzeugaufnahmen und korrespondierende Kontaktpunkte aufseiten der Spindel (Bild 1, a)).

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Stand: 08.12.2025

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