Aufrufe
vor 5 Monaten

antriebstechnik 8/2018

antriebstechnik 8/2018

erechnetes Spindelmoment

erechnetes Spindelmoment M [Nm] 08 Vergleich der Spindelmomente für Vergütungsstahl Kraftmessungen: 150 Spindelstrommessung Werkstück: m n = 1– 4 mm 42CrMo4 Schnittdaten: v c = 100–260 m/min f a = 2–3 mm Gleichlauf/Gegenlauf M Sp 120 der Zusammensetzung als auch in der Festigkeit dem bearbeiteten Werkstoff am nächsten kommt. Für eine Geschwindigkeit von v c = 40 m/min und einen Vorschub von f a = 3,5 mm sind der gemessene und der berechnete Momentenverlauf in Bild 06 für eine Werkzeugumdrehung dargestellt. Zusätzlich zu den Berechnungen auf Basis der neu erzeugten Zerspankraftwerte ist eine Berechnung mit den alten Parametern nach Gutmann dargestellt. Der Mittelwert der nach dem erweiterten Modell berechneten Kräfte weicht von den Messwerten um 4,1 % ab. Die Berechnung nach Gutmann hingegen liegt um 19,8 % unterhalb dieser Werte. Der gemessene Kraftverlauf weist einen höheren dynamischen Anteil als der berechnete Kraftverlauf auf. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Rechnungen rein statisch durchgeführt werden und daher keine dynamischen Einflüsse, die z. B. aus den Nachgiebigkeiten von Maschine und Aufbau resultieren, berücksichtigt werden können. Die Charakterisierung des Kraftverlaufs wird sehr gut wiedergegeben. Für die Bearbeitung von Einsatzstahl wurden im industriellen Umfeld umfangreiche Spindelstrommessungen durchgeführt und mit den berechneten Spindelmomenten verglichen. Es wurde bei den Messungen im industriellen Umfeld versucht das Bearbeitungsfeld bestmöglich zu erfassen. Es konnten Messungen von Modul 1,5 mm < m n < 18 mm durchgeführt werden. Auch der Prozessparameterbereich wurde von 40 m/min < v c < 400 m/min und 1,5 mm < f a < 6 mm umfangreich abgebildet. Die Ergebnisse des Vergleichs zwischen berechneten und gemessene Spindelmoment ist in Bild 07 dargestellt. Die Modellgüte weist ein Bestimmtheitsmaß von R² = 0,968 auf. Für den Vergütungsstahl 42CrMo4 konnte aufgrund der geringen Verbreitung nicht so ein umfangreiches Bearbeitungsfeld wie beim Einsatzstahl untersucht werden. Der Vergleich zwischen dem berechnetem und gemessenem Spindelmoment ist in Bild 08 dargestellt. Die Messungen wurden im Bereich von Modul 1 mm < mn < 4 mm durchgeführt. Der Prozessparameterbereich wurde von 100 m/min < v c < 260 m/min und 2 mm < f a < 3 mm variiert. Bei der Kraftberechnung von Vergütungsstahl zeigt sich eine gute Übereinstimmung aus Berechnung und Messung. Das Berechnungsmodell für Vergütungsstahl hat ein Bestimmtheitsmaß von R² = 0,98. Zusammenfassung und Ausblick 90 60 30 Bestimmtheitsmaß: R 2 = 0,98 0 0 30 60 90 120 150 gemessenes Spindelmoment M [Nm] Für Verzahnungsprozesse ist die genaue Kenntnis der beim Schnitt auftretenden Belastungen von großer Bedeutung. Die resultierende Zerspankraft bestimmt die Dimensionierung von Prozessparametern und Maschinenkomponenten. Auch der gesamte Leistungsbedarf einer Werkzeugmaschine ist proportional zur Zerspanleistung. Zur genauen Bestimmung der Zerspankraft des Wälzfräsens wurden in den 1980er Jahren Berechnungsmodelle auf Grundlage von Analogieversuchen entwickelt [BOUZ81, GUTM88]. Diese sind in der am WZL entwickelten Berechnungssoftware SpartaPro implementiert. Die Zerspankraft wird auf Grundlage der im Prozess gebildeten Späne mithilfe einer Durchdringungsrechnung berechnet. Die von Gutmann und Bouzakis berechneten Zerspankraftmodelle wurden auf Grundlage von Prozessparametern aufgestellt, welche den heutigen Stand der Technik nicht gänzlich abdecken. Zur Optimierung der Berechnungen wurde ein Analogieversuch entwickelt, durch den die Zerspankräfte im ungebundenen, unterbrochenen Schnitt gemessen werden können. So kann der Einfluss der Schneidenecke bei der Bestimmung der Zerspankraftwerte eliminiert werden. Der Versuch basiert auf dem Einstechdrehen. Im entwickelten Versuchsaufbau wurden Zerspankräfte für Einsatzstahl und für Vergütungsstahl ermittelt. Die Versuche wurden bei Schnittgeschwindigkeiten von v c = 20 m/min bis 750 m/min durchgeführt. Die ermittelten Koeffizienten wurden in das Berechnungsprogramm SpartaPro implementiert. Zur Verifikation des Modells wurden Zerspankraftmessungen im industriellen Umfeld durchgeführt. Ein Vergleich der berechneten und der gemessenen Spindelmomente zeigt mit einem Bestimmtheitsmaß von R² = 0,968 für Einsatzstahl und R² = 0,98 für Vergütungsstahl gute Übereinstimmung. Neben den klassischen Verzahnungswerkstoffen Einsatzstahl und Vergütungsstahl wird auch Gusseisen ADI zur Zahnradherstellung eingesetzt, welches eine Herausforderung bezüglich der Zerspanung darstellt. Zur Bearbeitung von ADI in der Zahnradherstellung gibt es noch wenige Forschungsergebnisse. Auch die Zerspankraftberechnung von ADI wurde noch nicht untersucht. Daher soll in der Zukunft die Zerspankraftberechnung z. B. für Gusseisen ADI erweitert werden. Literaturverzeichnis: [BREC14] Becher, C.; Brumm, M.; Krömer, M.: Design of Gear Hobbing Processes Using Simulation and Empirical Data. 9th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, Naples, 2014 [BOUZ81] Bouzakis, K.-D.: Konzept und technologische Grundlagen zur automatisierten Erstellung optimaler Bearbeitungsdaten beim Wälzfräsen. Habil.-Schr. RWTH Aachen, 1981 [DENK11] Denkena, B; Tönshoff, H.: Spanen. Grundlagen. 3. Auflage Springer, 2011 [GUTM88] Gutmann, P.: Zerspankraftberechnung beim Wälzfräsen. Diss. RWTH Aachen, 1988 [HOFF70] Hoffmeister, B.: Über den Verschleiß am Wälzfräser. Diss. RWTH Aachen, 1970 [KARP12] Karpuschewski, B.; Halle, T.; Stark, S.; Beutner, M.: Experimental and numerical determination of cutting force and temperatures in gear hobbing. Key Engineering Materials, 2012 [KIEN52] Kienzle, O.; Victor, H.: Einfluß der Wärmebehandlung von Stählen auf die Hauptschnittkraft beim Drehen In: Stahl u. Eisen, 74. Jg 1954, Nr. 9, S. 530–539 [KLOC03] Weck, M.; Winter, W.; Klocke, F.; Winkel, O.: Analysis of Gear Hobbing Processes by Manufacturing Simulation. In: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP). Production Engineering: Research and Development. Volume X, Issue 1. WGP Annals, WGP Eigendruck, Berlin, 2003 [KLOC07] Klocke, F.; Schalaster, R.: Zerspankräfte beim Hochleistungswälzfräsen. In: Tagungsband zur 48. Arbeitstagung „Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen“. Aachen: WZL RWTH Aachen, 2007 [KLOC08] Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren – Drehen, Fräsen, Bohren. Band 1, 8. Aufl. Springer, Berlin, 2008 [KLOC10] Klocke, F.; Gorgels, C.; Weber, G.: Belastung an der Schneide In: Tagungsband zum Seminar „Aktuelle Entwicklungen beim Vorverzahnen“, Aachen, 2010 [KLOC17] Klocke, F.; Brecher, C.: Zahnrad- und Getriebetechnik. Auslegung – Herstellung – Untersuchung – Simulation. 1. Aufl. München: Carl Hanser, 2017 [ZIEG67] Ziegler, K.: Untersuchungen der Hauptschnittkraft beim Wälzfräsen von Stirnrädern. Diss. RWTH Aachen, 1967 [PFAU76] Pfauter, H.: Pfauter – Wälzfräsen. Springer. Berlin, 1976 50 antriebstechnik 8/2018

IM NÄCHSTEN HEFT: 9/2018 ERSCHEINUNGSTERMIN: 11. 09. 2018 • ANZEIGENSCHLUSS: 27. 08. 2018 01 02 03 04 01 Verfügbarkeit und lange Wartungsintervalle sind wichtige Kriterien bei der Auswahl von Leuchtmitteln. Wer an Frankreichs Küsten einen Blick in die Lampenhäuser der Leuchttürme wirft, hat also gute Chancen, Faulhaber-Antriebe als treibende Kraft der Rotationsoptik zu sehen. 02 Hybridgehäuselager von Findling Wälzlager sind für Anwendungen im Hochtemperaturbereich geeignet – z.B. in Doppelbandpressen. Sie trotzen aber nicht nur Temperaturen um die 400 °C, sondern können auch große Druckbelastungen aushalten und sind außerdem wartungsfrei. Der direkte Weg im Internet: www.antriebstechnik.de als E-Paper: www.engineering-news.net Redaktion: d.schaar@vfmz.de WORLD OF INDUSTRIES: www.en.engineering-news.net 03 Zehntausend Meter auf einer Rolle sind noch gar nichts, wenn es um Verpackungsfolien geht. Damit am Ende alles passt, sorgen Drehgeber und Systeme von Wachendorff Automation für das richtige Maß. 04 Daten sind der Rohstoff des 21. Jahrhunderts. Damit sie in Bewegung bleiben, braucht es eine leistungsfähige Infrastruktur. Doch mit dem Thema Industrie 4.0 wächst auch die Datenkommunikation rasant. Betriebe setzen dabei immer stärker auf Ethernet-Verbindungslösungen. (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) antriebstechnik 8/2018 51

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe