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Rafig Huseynov
Entwicklung von Werkzeugschäften für einen Betrieb im überkritischen Drehzahlbereich
Hochgeschwindigkeitsfräsen ist insbesondere im Werkzeug- und Formenbau das am häufigsten eingesetzte Fertigungsverfahren zur Zerspanung von Werkstücken mit tiefen Kavitäten. HSC-Fräsen stößt insbesondere dann an Grenzen, wenn Werkzeuge mit besonders großem Schlankheitsgrad (L/D>20) eingesetzt werden müssen. Die großen Aspektverhältnisse bewirken eine Abnahme der ersten biegekritischen Eigenfrequenz. Zusätzlich nimmt die durch die Unwucht erzeugte Fliehkraft quadratisch mit der Spindeldrehzahl zu. Die angeregten nahezu nicht gedämpften Schwingungen zwingen zum Arbeiten im unterkritischen Drehzahlbereich. Das bedeutet, dass die maximale Einsatzdrehzahl der Schaftwerkzeuge durch ihre erste biegekritische Eigenfrequenz begrenzt ist. Neben den Schwingungen sind Werkzeugbrüche ebenso nicht auszuschließen. Diese Effekte führen dazu, dass überlange Schaftwerkzeuge konventionell nicht mit HSC-tauglichen Drehzahlen eingesetzt werden können. Dadurch bleiben die Vorteile der HSC-Bearbeitung und das verfügbare Leistungspotenzial moderner HSC-Spindeln (z.B. Spindeldrehzahlen bis 80.000 min-1) ungenutzt. Im Rahmen der Dissertation wurde eine Methode zur sicheren Gestaltung von überlangen HSC-Werkzeugschäften (L/D>20) entwickelt und erprobt. Dadurch sind die bezeichneten Nachteile zu umgehen. Die durch das entwickelte Lösungsverfahren konstruierten HSC-Schaftwerkzeuge sind in der Lage, die erste Biegeeigenfrequenz zu durchfahren um danach mit überkritischen Drehzahlen zu arbeiten. Die Grenzdrehzahlen marktüblicher überlanger Schaftwerkzeuge werden dabei deutlich (8- bis 10-fach) überschritten. Die durchgeführte wissenschaftliche Arbeit eröffnet auch weitere Möglichkeiten der Anwendung von einseitig eingespannten mit überkritischen Drehzahlen zu betreibenden Schäften oder Wellen.
Schlagwörter: Hochgeschwindigkeitsbearbeitung; Schaftwerkzeuge; Selbstwuchten; kritische Drehzahl; Resonanzschwingungen; Schwingungsdämpfung; Selbstzentrierung
Freiberger Forschungsberichte für Konstruktions- und Fertigungstechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. habil. Bertram Hentschel, Freiberg
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