geometrisch bestimmter Schneide Band III: Fräsen, Ausbohren und Reiben

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1 März 1994 Verbundprojekt im Rahmen des Förderungsprogramms Fertigungstechnik des Bundesministers für Forschung und Technologie Hochpräzisionszerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide Band III: Fräsen, Ausbohren und Reiben Projektträgerschaft Fertigungstechnik und Qualitätssicherung Kernforschungszentrum Karlsruhe Herausgeber: Forschungsgemeinschaft Qualitätssicherung e. V. (FQS) Frankfurt am Main

2 Hochpräzisions-Fräsen-Ausbohren-Reiben 0-1 Inhaltsverzeichnis Band III Hochpräzisions-Fräsen-Ausbohren-Reiben Vorwort des Herausgebers Geleitwort des Projektträgers Zielsetzung des Gesamtprojektes Kurzbeschreibung zu Band I und Band II Inhaltsverzeichnis Einleitung 1 Technologie und Werkzeuge 7 Präzisionsfräsbearbeitung 7 Fräsen gehärteter und hochfester Werkstoffe 7 Versuchsstand, Meßgeräte und -methoden 7 Untersuchte Werkstoffe, Schneidstoffe und Werkzeuge 8 Untersuchungsergebnisse am Werkstoff 90MnV8 11 Untersuchungsergebnisse am Werkstoff GGG40 14 Untersuchungsergebnisse am Werkstoff 55NiCrMoV6 17 Fräsen nicht gehärteter Werkstoffe 17 Umfangsf rasen 17 Versuchsbedingungen 17 Untersuchungsergebnisse Schnittparameter und Schneidengeometrie..18 Untersuchungsergebnisse Schneidstoffe 20 Einfluß des Fräswegs auf die Oberflächengüte 21 Planfräsen 27 Untersuchungen mit ungeläppten (handelsüblichen) und nachträglich geläppten Schneiden 27 Untersuchungen mit den einstellbaren GFE-Versuchsfräskopf 29 Präzisionsbohrbearbeitung 33 Bohren und einschneidiges Ausbohren 33 Spanungs- und meßtechnische Grundlagen 33 Bohren ins Volle 34 Ausbohren mit einschneidigem Werkzeug 37 Zusammenfassung der Ergebnisse 41 Zweischneidiges Präzisionsausbohren mit optimierter Schneidenanordnung 43 Spanungstechnische Grundlagen 43 Verfahrensoptimierung 43

3 0-2 Inhaltsverzeichnis Zweischneidiges Präzisionsausbohren Schnittwertempfehlung Ausbohren mit abgestütztem Werkzeug - Durchmesser 20mm Vorversuche Abgestütztes Ausbohrwerkzeug Untersuchungsergebnisse Schnittwertempfehlungen Reiben mit ein- und mehrschneidigen Reibahlen Einsatzgebiete des Reibens Ein- und mehrschneidiges Reiben Bewertung der Bohrungsqualität Einhaltung von Maßtoleranzen Einschneidiges Reiben-Einfluß des Kühlschmierstoffs und der Vorbearbeitung auf die Bohrungsqualität Mehrschneidiges Reiben - Untersuchungen verschiedener Schneidenteilungen Positionsabweichung zweier Bohrungen zueinander - Stichmaßgenauigkeit Untersuchungen zum Reiben ohne Kühlschmierstoff Schnittwertempfehlungen für das Erreichen einer hohen Bohrungsqualität Werkzeuge Dreidimensional einstellbarer Fräskopf Problemstellung und Lösungsweg Einfluß der Werkzeuggeometrie auf die Oberflächenrauheit Einfluß der Werkzeuggeometrie auf die Zerspankraftkomponenten Standzeituntersuchungen Schneidenaufbereitung Problemstellung und Lösungsweg Untersuchungsergebnisse Überwachungs- und Meßeinrichtungen Feinprozeßüberwachung Überwachung des Verschleißzustandes des Werkzeuges durch Leistungsmessung des Hauptantriebes einer Werkzeugmaschine Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von der Schnittkraft Spektralanalyse des Leistungsverlaufes Gerät zur spektralen Auswertung der Leistungsaufnahme Weitere Entwicklung Formmessung mit Streifenprojektion Einleitung Stand der Technik Aufgabenstellung Lösungsweg 88

4 Hochpräzisions-Fräsen-Ausbohren-Reiben Meßergebnisse Einschätzung der Ergebnisse Maschinen für das Hochpräzisions-Fräsen-Ausbohren-Reiben Tendenzen und neue Strukturen bei Werkzeugmaschinen Zum heutigen Stand Maschinengenauigkeit - eine Aussage hoher Komplexität Abnahmevorschriften zur Genauigkeit Die neue Struktur der Werkzeugmaschine Eine Definition für die Grundaufgabe spanender Werkzeugmaschinen Die genauigkeitsrelevante Systemstruktur Der ganzheitliche Lösungsansatz Tendenzielle Entwicklung der Maschinenparameter Konsequenzen Neue Werkzeuge für den Entwickler Die besondere Bedeutung der Simulation Zur Problematik geregelter Vorschubachsen Anwendungsbeispiele Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Fahrständerbaugruppen von Bohrwerken Regleroptimierung und Komponentenvergleich an einem digital geregelten Präzisionsvorschubantrieb Komponenten für Hochpräzisionsmaschinen Einsatz digitaler Antriebstechnik Komponentenprüfstand für NC-Achsen SERCOS-Schnittstelle Viskose Übertragungselemente für NC-Achsen Einleitung Mechanischer Aufbau Auswahl einer Spindel Auswahl der Kupplung Auswahl der Lager Zusammenfassung und Ausblick CNC-Kompensationsstrategie Temperaturkompensation Problembeschreibung Kompensationsverhalten Interpolatorische Kompensation mit Absolutwerten 136

5 0-4 Inhaltsverzeichnis Problembeschreibung Kompensationsverhalten Tachokompensation Vorsteuerung ein/aus Zeitkonstante Sollwertfilter Spindel Reibungskompensation Wälzgelagerte Spindeleinheiten für die Hochpräzisionszerspanung prismatischer Bauteile Einleitung Konstruktiver Aufbau der wälzgelagerten Spindeleinheit Versuchsergebnisse Temperaturverhalten der Lager Axiale Verlagerung der Spindelnase Laufabweichungen der Welle Thermoelastische Verformung der Maschine Zusammenfassung HPZ - Prototypmaschinen Hochpräzisions-Bohr- und Fräsmaschine MIKROMAT8 H/12 H - Erzeugnisbaureihe für wirtschaftliche HPZ-P-Fertigung Maschinenkonzeption - Marktentwicklung Gestaltungsmerkmale der HPZ-Maschinen MIKROMAT 8H/12H Ergebnisdarstellung von ausgewählten Projektschwerpunkten Strategie der Gestelljustage Neue Arbeitsspindel Thermisches Verformungsverhalten Kompaktbearbeitungszentrum erhöhter Genauigkeit Zielsetzung Konzeption der HPZ-P-Prototypmaschine Wissenschaftlich-technische Ergebnisse während der Realisierung Maschinenbett Linearführungen Maschinensteuerung Temperaturkompensation "TK": Dynamische Vorsteuerung Herstellgüte Präzisions-Bohrwerk Zielstellung Verbesserung des dynamischen Verhaltens Ermittlung des Ausgangszustandes der Erprobungsmaschine 176

6 Hochpräzisions-Fräsen-Ausbohren-Reiben Reduzierung der Wärmeentwicklung im Hauptgetriebe Kompensation der thermischen Dehnung der Arbeitsspindel Verbesserung der dynamischen Eigenschaften Ermittlung des Ausgangszustandes Einführung von Kompaktwälzführungen Spielausgleich im Tischrundantrieb ' Einführung von dynamischen Korrektursignalen im Lageregelkreis von verfahrbaren Ständerbaugruppen Untersuchung des thermischen Verhaltens von Prototypmaschinen Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung Thermoelastische Verlagerungen Verlagerung in Y-Richtung Verlagerung in X-Richtung Verlagerung in Z-Richtung Praktische Anwendung und Prozeßgestaltung Referenzwerkstück für gehäuseförmige Teile Theoretische Grundlagen des Referenzwerkstückes Darstellung des Referenzwerkstückes Referenzwerkstück für 3D-Profile, Profilbearbeitung Versuchsprogramm und Versuchsmaschinen Einflußparameter auf die Oberflächenausbildung Ergebnisse der Technologieuntersuchungen für das Vorschlichten Werkzeugeckenradius Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub Schneidstoffe Ergebnisse der Technologieuntersuchungen für das Schlichten Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub Zeilenbreite Bearbeitungsergebnisse am Referenzwerkstück Prozeßgestaltung Zusammenfassung und Ausblick 213