Ziel der Entwicklung
Besondere Bedeutung in einer Volkswirtschaft hat unter anderem eine stabile Versorgung mit Elektroenergie, deren technische Ausstattung überwiegend auf Anlagen aus dem Bereich Schwermaschinenbau, wie zum Beispiel Gas- und Dampfturbinen und zunehmend Großwindkraftanlagen aufbaut.
Bei der Komplettbearbeitung von großen, schweren Bauteilen aus diesen Bereichen ist es oft nicht oder nur sehr zeitaufwendig möglich, die zu bearbeitenden Werkstücke in verschiedene notwendige Bearbeitungslagen zu bringen. In der Praxis wird mit dem Fokus auf personalarme Bearbeitung angestrebt, möglichst viele Bearbeitungsschritte in einer hierzu geeigneten Werkstückspannung, beispielsweise in der für die Großteilefertigung typischen „Wannenlage“ auszuführen. Zur Bearbeitung von der Werkzeugspindel abgewandten Konturen (Hinterschnitte), mit der Bedingung oder Möglichkeit, eine vorgefertigte toleranzbehafteten Bohrung als Führungsbohrung (Pilotbohrung) zu nutzen, bedarf es spezieller Technologien und Werkzeuge (zum Beispiel Rückwärtssenker). Ein hierbei auftretender negativer Effekt ist die Vergrößerung des Abstandes der Wirkstelle zur Schnittstelle Spindel-Werkzeug, wodurch sich die notwendigen Werkzeuglängen stark vergrößern und die Schwingungsempfindlichkeit steigt.
Eine Reihe von Zerspanungsprozessen für lange Werkzeuge müssen derzeit bei ungünstigen Bedingungen durch aufwendigere Technologien, mit enorm zeitaufwendigem Wechsel der Werkstücklage, ersetzt werden.
Eine Möglichkeit zur Unterdrückung von Schwingungen und zur Aufnahme von radial wirkenden Prozesskräften an langauskragenden Werkzeugen sind „berührende“ (taktile), mit Kraft auf die Oberfläche einer als Pilotbohrung genutzten Vorbohrung wirkenden Abstützungen.
Deren Einsatz wirkt als temporäre Verkürzung der jeweils wirksamen Werkzeuglänge.
Ziel war es, auf der Basis moderner FEM-Berechnungen und 3D-Konstruktionen innovative Lösungsvorschläge für flexibel nutzbare, taktile Stütz- und Dämpfersysteme in Werkzeugen mit hohem l/d-Verhältnis für die Bohrungsbearbeitung mit stark unterbrochenem Schnitt als Werkzeugeinbauteile oder modulare Baugruppen zu erarbeiten und deren Funktion an einem repräsentativen Demonstrator nachzuweisen.
Es sollte die Nutzung des Kühlschmierstoffs (KSS)-Systems des genutzten BAZ über die Parameter Druck und Volumenstrom zur aktorischen Steuerung der Abstützung erfolgen. Weiterhin sollten funktionale Zusammenhänge zwischen Dämpfungsparametern und der Stützkraft als Funktion des KSS-Druckes mit dem Fokus auf entsprechende Steuerungskonzepte erstellt werden.
Vorteile und Lösungen
Die erarbeiteten Werkzeuglösungen gehen über den bisherigen Stand der Technik zur Schwingungsunterdrückung mittels taktiler berührender Abstützungen in Pilotbohrungen bei rotierenden Spanungswerkzeugen mit hohen l zu d-Verhältnissen hinaus.
Die neuen auf KSS-hydraulischen Konzepten aufbauenden flexibel konfigurierbaren Abstützungen haben im Vergleich zu bekannten Abstütz- bei Ausbohr- und teilweise Honwerkzeugen folgende neue, beziehungsweise verbesserte Eigenschaften:
- Der Durchmesser der Abstützung ist in weiten Bereichen an die Pilotbohrungen anpassbar.
- Erhöhte Fluchtungsfehler zwischen der vorgebohrten Pilotbohrung und der Spindelachse können ausgeglichen werden.
- Die Dämpfungseigenschaften auf Basis der notwendigen Stützkraft sind während des Prozesses anpassbar. Eine Sensorführung der Abstimmung der Dämpfungseigenschaften ist möglich.
- Eine Überwachung ausgewählter Werkzeugparameter und zustände bzw. die Erfassung von Fehlern ist technisch möglich und erprobt.
Die Ergebnisse der Zerspanungstests mit dem Prototypen als eine Kombination aus taktil gedämpfter Werkzeugverlängerung mit montiertem Präzisionsausbohrkopf zeigen den Erfolg des Projektes.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Kundennutzen für den Anwender besteht in einer Produktivitätssteigerung, da er durch flexibel abgestützte langauskragende Werkzeuge höhere Zerspanungsparameter nutzen kann, welche wiederum die Fertigungszeit und gleichermaßen die Fertigungskosten reduzieren. Bei den durchgeführten Zerspanungsversuchen mit dem Werkzeugprototyp zeigte sich, dass auch bei Steigerung der technologischen Startparameter sichere Bohrprozesse erreicht wurden. Generell können die Werkzeughersteller durch verbesserte dämpfende Werkzeugverlängerungen mit taktilen Abstützungen und deren Anwender entsprechende Umsatzsteigerungen erzielen. Das anvisierte Bauteileportfolio mit tiefen Bohrungen bezieht sich u.a. auf Großbauteile für die Energietechnik bis hin zur Fahrzeugtechnik und dem Maschinenbau. Umfangreiche theoretische und konstruktive Untersuchungsergebnisse stehen ebenso zur Verfügung.
