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Analyse der Kräfte bei der Kombinationsbearbeitung mit Schwerpunkt auf die kraftgebundene Zustellung beim Langhubhonen

Diplomarbeit 2010 115 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Technik
2.1 Honen
2.1.1 Grundlagen
2.1.2 Kraft-/weggebundene Zustellung
2.1.3 Verfahrensvarianten des Honens
2.2 Schleifen
2.3 Drehen
2.4 Überblick bisher realisierter Konzepte zur Messung der Prozesskräfte 24 beim Honen
2.5 Linearantriebe

3 Zielsetzung

4 Versuchsplanung und -durchführung
4.1 Versuchsmaschine
4.2 Versuchswerkstück
4.3 Versuchswerkzeuge
4.3.1 Drehwerkzeug
4.3.2 Schleifwerkzeug
4.3.3 Honwerkzeug

5 Experimentelle Kraftmessung
5.1 Analyse der auftretenden Kräfte am Honprozess
5.1.1 Referenzkraftermittlung an der Kombinationsmaschine
5.1.2 Kraftgebundene Zustellung beim Langhubhonen
5.2 Prinzipielle Ermittlung der Bearbeitungskraft
5.2.1 Messaufbau
5.2.2 Vorspannung der Messwerkzeuge
5.2.3 Kalibrierung der Messwerkzeuge
5.3 Praktische Analyse der auftretenden Kräfte am Honprozess
5.3.1 Einführung und Analyse des Referenzversuchs
5.3.2 Analyse der Prozesskräfte in Bezug auf die Werkstücklage in z-Richtung
5.3.3 Variation der Umfangsgeschwindigkeit vu
5.3.4 Variation der Axialgeschwindigkeit va
5.3.5 Variation der Zustellkraft Fn
5.3.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse

6 Zusammenfassung

7 Ausblick

8 Literaturverzeichnis

9 Anhang
9.1 Honen
9.1.1 Kräfte bei kraftgebundenen Zustellsystemen
9.2 Schleifen
9.2.1 Herleitung der Gesamthauptschnittkraft
9.3 Drehen
9.3.1 Spanungs- und Schnittgrößen
9.4 Kalibrierung des 2-Leisten-Messwerkzeugs -
9.4.1 Einführung der Übertragungsfunktion ÜF

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Prozesskette DSH

Abbildung 2-3: Exemplarisch ausgewählte Verfahrensvarianten des Honens [DIN8589-14]

Abbildung 2-4: Hubfolgen beim Honen [nach Sch02]

Abbildung 2-5: Wirkungsweise eines kraftgebundenen Zustellsystems [nach Pau08]

Abbildung 2-6: Prinzip der kraft- und weggebundenen Zustellung [nach Klo05]

Abbildung 2-7: (a) Kinematik und (b) Oberflächenstruktur beim Langhubhonen [nach Sch02]

Abbildung 2-8: Zerspankraft und Kraftkomponenten beim Langhubhonen [nach Mus86]

Abbildung 2-9: Einfluss der Schnittgeschwindigkeit auf die Schnittkraft beim Lang- hubhonen von Kolbenmotorzylindern aus Grauguss [nach Mus86]

Abbildung 2-10: Kinematik und Geschwindigkeiten beim Kurzhubhonen [nach Sch02]

Abbildung 2-11: Verbesserung der Oberflächengüte beim Plateauhonen [nach Pau08]

Abbildung 2-12: Gestalt einer durch Plateauhonen erzeugten Oberfläche mit Rt1 = 2 µm, Rt2 = 6 µm [nach Pau08]

Abbildung 2-13: Beispiele Schleifverfahren [Dil07]

Abbildung 2-14: Verhältnisschema beim Innenrund-Schleifen (Gegenlauf) [nach Lin06]

Abbildung 2-15: Schleifspindel- und Werkstückbewegungen beim Innenrund- Schleifen

Abbildung 2-16: Eingriffsbedingungen beim Innen- und Außenrundschleifen [nach Boc87]

Abbildung 2-17: Einteilung der wichtigsten Drehverfahren [Dil07]

Abbildung 2-18: Runddrehverfahren [nach Sch02]

Abbildung 2-19: Spanungsgrößen beim Drehen [nach Tsc99]

Abbildung 2-20: Wirksame Kräfte am Schneidkeil [nach Tsc99]

Abbildung 2-21: Versuchsmaschine [nach Zur90]

Abbildung 2-22: Honleistenträger [nach Sal87]

Abbildung 2-23: Aufbau eines Vorschubschlittens mit Linearmotor [Wec06a]

Abbildung 2-24: Querschnitte eines Asynchron- und Synchron-Linearmotors [Wec06b]

Abbildung 4-1: Außenansicht der Kombinationsmaschine

Abbildung 4-2: Innenansicht der Kombinationsmaschine

Abbildung 4-3: Abmessung des Versuchswerkstücks

Abbildung 4-4: 3-Leisten-Messwerkzeug

Abbildung 4-5: 2-Leisten-Messwerkzeug

Abbildung 4-6: Prinzip des longitudinalen piezoelektrischen Effektes [nach Ber03]

Abbildung 5-1: Zusammenhang von Referenzkraft und Motorstrom an der Kombinationsmaschine

Abbildung 5-2: Überblick der durchgeführten Versuche zur Referenzkraft- bestimmung

Abbildung 5-3: Kalibrierung des Strom-Istwerts aus dem Linearantrieb

Abbildung 5-4: Theoretischer Zusammenhang von Kraft und Weg beim Drehen

Abbildung 5-5: Kraft und Lage-Istwert von x- und z-Achse im Drehprozess

Abbildung 5-6: Theoretischer Zusammenhang von Kraft und Weg beim Schleifen

Abbildung 5-7: Kraft und Lage-Istwert von x- und z-Achse im Schleifprozess

Abbildung 5-8: Theoretischer Zusammenhang von Kraft und Weg bei der kraftgebundenen Zustellung beim Langhubhonen

Abbildung 5-9: Kraft und Lage-Istwert von x- und z-Achse im Vorhonprozess

Abbildung 5-10: Kraft, Schleppabstand und Lage-Istwert der z-Achse beim Vorhonprozess

Abbildung 5-11: Messaufbau für die Kalibrier- und Prozessmessungen

Abbildung 5-12: Vorspannkräfte des 3-Leisten-Messwerkzeugs

Abbildung 5-13: Vorspannkräfte des 2-Leisten-Messwerkzeugs

Abbildung 5-14: Bestimmung der Übertragungsfaktoren

Abbildung 5-15: Kräfte beim Honen bei kraftabhängiger Zustellung [Mus86]

Abbildung 5-16: Prozentualer Vergleich der Kräfte beim Langhubhonen bei kraftgebundener Zustellung nach Mushardt

Abbildung 5-17: Messraster beim 3-Leisten-Messwerkzeug

Abbildung 5-18: Darstellung aller Übertragungsfaktoren Ü sowie deren

Mittelwerte Ǖn je Höhe αWZ

Abbildung 5-19: verschiedene Belastungsfälle in Abhängigkeit der eingeleiteten Kraft Fein

Abbildung 5-20: Angeglichene Signale der Kraftmesssensoren an Honleiste 2

Abbildung 5-21: Folge eines zu groß gewählten Korrekturfaktors

Abbildung 5-22: Darstellung aller Übertragungsfaktoren beider Honleisten sowie deren Mittelwerte je Höhe

Abbildung 5-23: Darstellung aller Übertragungsfaktoren beider Honleisten sowie deren Mittelwerte je Höhe bei Fein = (200, 400) N

Abbildung 5-24: Darstellung der prozentualen Messfehler durch Ü bei Fein = (200, 400) N in Abhängigkeit der Höhe hHL,z

Abbildung 5-25: Darstellung der Übertragungsfaktoren hHL,z = -7,5...7,5 beider Honleisten und deren Mittelwerte je Höhe bei Fein = (200, 400) N ..

Abbildung 5-26: Darstellung der Maschinendaten und der Werkzeugdaten für den Referenzversuch

Abbildung 5-27: Darstellung eines Doppelhubs im kraftgebundenen Langhub- honprozess

Abbildung 5-28: Vergrößerte Darstellung der Maschinendaten und der Werkzeugdaten des Referenzversuchs

Abbildung 5-29: Maschinendaten zur Variation der Umfangsgeschwindigkeit vu

Abbildung 5-30: Werkzeugdaten zur Variation der Umfangsgeschwindigkeit vu

Abbildung 5-31: Darstellung der Maschinen- und Werkzeugdaten ohne Axialgeschwindigkeit va

Abbildung 5-32: Maschinendaten zur Variation der Axialgeschwindigkeit va

Abbildung 5-33: Werkzeugdaten zur Variation der Axialgeschwindigkeit va

Abbildung 5-34: Darstellung der Maschinen- und Werkzeugdaten ohne Umfangs- geschwindigkeit vu

Abbildung 5-35: Maschinendaten zur Variation der Zustellkraft Fn

Abbildung 5-36: Werkzeugdaten zur Variation der Zustellkraft Fn

Abbildung 5-37: Werkzeugdaten zum manuellen Verfahren des Werkstücks entlang des Werkzeugs

Abbildung 5-38: Darstellung des betrachteten Bereichs bei der Analyse der Kraft- und Wegverläufe

Abbildung 5-39: Zusammenfassung der Ergebnisse bei Variation der Umfangs- geschwindigkeit vu

Abbildung 5-40: Zusammenfassung der Ergebnisse bei Variation der Axial- geschwindigkeit va

Abbildung 5-41: Zusammenfassung der Ergebnisse bei Variation der Zustellkraft Fn

Abbildung 9-1: Einführung der Übertragungsfunktion und Ableitung der neuen Grenzen

Abbildung 9-2: Ermittlung der prozentualen Messfehler MF%,HL1 und MF%,HL2 durch ÜF

Abbildung 9-3: Ermittlung der prozentualen Messfehler MF%,HL1 und MF%,HL2 durch ÜF bei Fein = (200, 400) N

Abbildung 9-4: Darstellung der prozentualen Messfehler durch ÜF bei Fein = (200, 400) N in Abhängigkeit der Höhe hHL,z

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2-1: Zerspanungsgrößen der Untergruppen des Hartdrehens [Sch02]

Tabelle 2-2: Unterteilung der Hartdrehverfahren [Joh03]

Tabelle 4-1: Chemische Zusammensetzung des Werkstoffs 16MnCr5 [Ver75]

Tabelle 4-2: Spezifikation der eingesetzten Wendeschneidplatten (Herstellerangaben)

Tabelle 4-3: Spezifikation der eingesetzten Schleifscheibe

Tabelle 4-4: Spezifikation der eingesetzten Kraftmesssensoren

Tabelle 4-5: Spezifikation konventioneller Honleisten

Tabelle 5-1: Einflussfaktoren auf den Motorstrom IA

Tabelle 5-2: Mögliche Fälle des Schleppabstandes Δlx

Tabelle 5-3: Vorspannung der Kraftmesssensoren beim 3-Honleisten-Werkzeug ..

Tabelle 5-4: Vorspannung der Kraftmesssensoren beim 2-Honleisten-Werkzeug ..

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Die immer höher werdenden spezifischen Beanspruchungen an Bauteile und Komponenten des 21. Jahrhunderts machen eine flexible Anpassung der Herstellverfahren an die jeweiligen Anforderungen unabdingbar. Dabei bieten neue Hontechnologien für die Herstellung von funktionalen und hochgenauen Bohrungen vielfältige Möglichkeiten. Die Vorteile des Honens liegen in der Anpassungsfähigkeiten auf Qualitätskriterien wie Maß- und Formabweichungen sowie die Rauheit und Randzonenbeschaffenheit, wie diese sonst bei keinem anderen Feinbearbeitungsverfahren vorgenommen werden können [Kli04].

Ein gravierender Nachteil des Honens vergangener Tage war, dass zur Realisierung dieser Anforderungen die Prozesskette aus verschiedenen Bearbeitungsverfahren zusammengesetzt werden musste, was sowohl die Maschinenkosten als auch die Bearbeitungszeit deutlich erhöht [Kap05]. Aus diesen Umständen heraus resultierte die Einführung von Kombinationsmaschinen, welche für die Bearbeitung von Wellen und Futterteilen durch die Kombination von Hartdrehen, Schleifen und Honen heute aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten einen neuen Trend darstellt [Heg06]. Die Vorteile der Kombinationsbearbeitung liegen im Bereich der Bearbeitungsqualität, der Reduzierung der Hauptzeiten sowie der Komplettbearbeitung, die in einer Aufspannung möglich ist. Vertikale Pick-up- Maschinen gelten dabei heute weltweit als Standard [Heg08].

Das Institut für Spanende Fertigung verfügt über eine Kombinationsmaschine, in der mehrere vertikal angeordnete Bearbeitungsstationen vorhanden sind, mit denen das Hartdrehen, Schleifen und Honen von Futterteilen in einer Aufspannung möglich ist. Für eine optimale Bearbeitung beim kraftgeregelten Honen wird permanent die Stromaufnahme an den Werkzeugspindeln überwacht, so dass der Zustellweg auf den eingestellten Grenzwert der Kraft in Abhängigkeit der Schnittkraft geregelt werden kann. Diese Form der automatischen Schnittkraftregulierung stellt den technisch fortschrittlichsten Stand dar [Sch07].

Weiterhin wird in immer stärkerem Maße die Funktionalität der Bauteile durch die Gestalt der Makro- und Mikroeigenschaften von Oberfläche und Form verbessert. Diese Entwicklung erfordert eine tief greifende Optimierung der Produktionskette, was im Falle einer Kombinationsbearbeitung bedeutet, dass die Prozessbeherrschung der Einzelprozesse sowie Optimierungspotentiale im Produktionsverbund erschlossen werden müssen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Prozessen, die am Ende der Prozesskette liegen und damit maßgeblich die Qualität und Funktionalität der Bauteile bestimmen [Ger04].

Daher werden die Kräfte bei der Kombinationsbearbeitung mit Schwerpunkt auf die kraftgebundene Zustellung beim Langhubhonen analysiert. Dieser kann durch unterschiedliche Prozessparameter, wie u. a. die Axialgeschwindigkeit va, die Umfangsgeschwindigkeit vu und den Überlauf der Honleisten lü maßgeblich beeinflusst werden. Weiterhin wirkt sich die Zustellkraft Fn auf die Prozessstabilität und damit auf die tangentiale und axiale Schnittkraftkomponente Ft und Fa sowie auf den Materialabtrag des Werkstücks und den Verschleiß der Honleisten aus [Klo05]. Im Rahmen dessen werden Werkzeuge verwendet, mit welchen die während des Prozesses auf die Honleisten wirkenden Kräfte ausgewertet werden können. Ein Vergleich dieser Kräfte mit den Maschinendaten, welche aus der Steuerung ausgelesen werden, rundet die in dieser Arbeit durchgeführte Analyse ab.

2 Stand der Technik

Zur Durchführung der in dieser Arbeit betrachteten Kraftanalyse des Langhubhonens wird die Prozesskette DSH vorgestellt. Insgesamt werden drei verschiedene spanende Bearbeitungsverfahren auf einer Kombinationsmaschine durchgeführt. Die Prozesskette beschreibt einen Vordrehprozess im Sinne eines Harddrehverfahrens, einen Schleif- sowie einen Honprozess, vgl. Abbildung 2-1.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-1: Prozesskette DSH

Im Folgenden werden die drei Fertigungsverfahren vorgestellt und auf ihre spezifischen Merkmale und Eigenschaften eingegangen. Der Fokus liegt dabei auf dem Fertigungsverfahren Honen, da zu diesem die jeweiligen Kraftanalysen durchgeführt werden.

2.1 Honen

2.1.1 Grundlagen

Das Fertigungsverfahren Honen stellt den letzten Bearbeitungsschritt der untersuchten Bauteile dar. Da zwei unterschiedliche Prozessketten untersucht werden, kommen unterschiedliche Honverfahren zum Einsatz. Bei der Prozesskette DSH verfügt das bearbeitete Bauteil nach dem Schleifprozess über eine ausreichend genaue Oberflächenqualität, so dass als letzte Bearbeitungsstufe lediglich ein Honprozess, das Fertighonen, erfolgt. Ziel der Prozesskette DHH ist es, den Schleifprozess durch das Honverfahren zu substituieren. Daher erfolgt die abschließende Honbearbeitung in zwei Stufen, dem Vorhonen und dem Fertighonen. Das Vorhonen stellt aufgrund der ungenauen Oberflächenqualität nach dem Drehprozess eine Vorbereitung für das Fertighonen dar, mit welchem die geforderte Endqualität erreicht wird, wobei keine Spindel für die Schleifbearbeitung benötigt wird.

Das Fertigungsverfahren Honen gehört zu der Gruppe „Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide“. Das Werkzeug, welches in ständiger Flächenberührung zum bearbeiteten Werkstück steht, besteht aus gebundenem Korn und weist eine Vielzahl geometrisch unbestimmter Schneiden auf. Die vielschneidigen Werkzeuge führen dabei eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung aus [DIN-8589-14]. Die für den Honprozess charakteristische Kinematik wird durch die Überlagerung einer tangentialen Dreh-, radialen Zustell- sowie axialen, oszillierenden Hubbewegung erzeugt. Daraus resultiert die typische Kreuzschliffstruktur auf dem Bauteil. Die Summe dieser drei Geschwindigkeitsvektoren ist die Schnittgeschwindigkeit vC. Das Fertigungsverfahren Honen kann in die Hauptgruppen unterteilt werden:

- Langhubhonen (auch Honen oder Ziehschleifen) und
- Kurzhubhonen (auch Feinhonen oder Superfinish) [Klo05, Wei97].

Nach DIN8589-14 wird das Fertigungsverfahren Honen in die nachfolgenden Verfahrensvarianten eingeteilt, wobei alle zur Außen- und Innenbearbeitung angewandt werden können:

- Planhonen,
- Rundhonen,
- Schraubhonen,
- Wälzhonen,
- Profilhonen und
- Formhonen [DIN8589-14].

Das Fertigungsverfahren Honen wird in die Prozessvarianten Langhubhonen und Kurzhubhonen unterteilt [DIN8589-14]. Beim Langhubhonen erfolgt die gradlinige Komponente der Schnittbewegung über die gesamte Länge des zu bearbeitenden Werkstücks, beim Kurzhubhonen verläuft diese durch Schwingungen von wenigen Millimetern [Pau08]. Abbildung 2-2 zeigt einige wichtige Verfahrensvarianten des Honens.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-2: Exemplarisch ausgewählte Verfahrensvarianten des Honens [DIN8589-14]

Beim Honen wird i. d. R. in mehreren Hüben gehont, lediglich bei der Verfahrensvariante Reibhonen werden üblicherweise ein bis drei Doppelhübe verwendet [Kli89]. Eine Amplitude bzw. eine Auf- und Abwärtsbewegung der Honleiste wird dabei als Hub bezeichnet. Da der Materialabtrag je Hub normalerweise sehr gering ist, wird in mehreren Hüben gehont [Sch02]. Abbildung 2-3 zeigt die axialen Hubbewegungen am Beispiel des Langhubhonens.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-3: Hubfolgen beim Honen [nach Sch02]

2.1.2 Kraft-/weggebundene Zustellung

Da sich im fortschreitenden Prozess die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks verändert, muss eine Zustellung des Werkstücks an das Werkzeug erfolgen. Diese kann wie folgt realisiert werden:

- kraftgebunden (kraftschlüssig) durch einen hydraulischen Antrieb,
- weggebunden (formschlüssig) durch einen Elektro- oder Handbetrieb sowie
- kombiniert hydraulisch-mechanisch [Pau08].

Die kraftgebundene Zustellung erfolgt beim konventionellen Honen durch den Druck eines Kolbens mit der Kolbenfläche Ak. Dieser wird unter der hydraulischen Druckeinwirkung p0 bewegt, woraus die Zustellkraft FZ resultiert, die über einen Zustellstift und Konen auf die Honleisten übertragen wird, bis die Honleisten mit ihrer Gesamtfläche AHL gegen das Werkstück drücken und ein Kräftegleichgewicht entsteht. Die Gesamtfläche der Honleisten wird mittels der Kontaktfläche der jeweiligen Honleiste, sowie der Anzahl der verwendeten Honleisten berechnet. An den Honleisten wirkt die Normalkraft Fn, die näherungsweise aus dem Hydraulikdruck berechenbar ist, aber u. a. durch Reibungskräfte im Werkzeug und am Zustellkonus stark schwanken kann [Pau08, Ueb94]. Abbildung 2-4 veranschaulicht das Prinzip der kraftgebundenen Zustellung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-4: Wirkungsweise eines kraftgebundenen Zustellsystems [nach Pau08]

Bei wegabhängiger Zustellung werden definierte Vorschubwege, z. B. durch einen Schrittmotor, erzeugt. Die weggebundene, mechanische Zustellung verfügt über eine starre Konusaufweitung. Der Vorteil dieser Variante ist in der exakten Zustellung der Honleisten begründet, da das vorgegebene Maß nahezu unabhängig von der Flächenlast zwischen Werkstück und Honleiste erreicht wird. Die realen Vorschubwege und die Normalkraft sind unter anderem von der werkzeug- und werkstückseitigen Steifigkeit abhängig. Es können bei konstanten Maschineneinstellgrößen unterschiedliche zeitliche Normalkraftverluste resultieren [Pau08, Ueb94]. Abbildung 2-5 zeigt das Arbeitsprinzip der kraft- und weggebundenen Zustellung. Die Berechnung der Normalkraft Fn erfolgt bei der kraftgebundenen Zustellung nach Formel 2-1 und bei der weggebundenen Zustellung nach Formel 2-2.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-5: Prinzip der kraft- und weggebundenen Zustellung [nach Klo05]

2.1.3 Verfahrensvarianten des Honens

Langhubhonen

Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchte Verfahrensvariante ist nach DIN8589-14 als Langhub-Innenrund-Honen zu bezeichnen, welches der präzisen Fertigung zylindrischer Bohrungen dient. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Bearbeitung von Kolbenlaufbahnen [Hoe09]. Das Verfahren hat in vielen Fällen die Feinbearbeitung durch Drehen, Bohren, Reiben oder Schleifen ersetzt, weil es die Herstellung von Werkstücken mit sehr guten Oberflächen hinsichtlich definierter Form, Maßgenauigkeit und Güte ermöglicht [Hub06, Ueb94].

Das Langhubhonen zeichnet sich durch die typischen Kreuzschliffspuren aus, welche durch den Schneidprozess selbst entstehen. Die Bewegungen des Werkzeugs setzen sich dabei aus einer Drehbewegung und einer Hubbewegung zusammen. Die Ziele des Verfahrens sind ein hoher Abtrag, kurze Takt- und Nebenzeiten sowie eine hohe Prozesssicherheit und Präzision. Darüber hinaus erlaubt das Langhubhonen auch bei kleineren Losgrößen eine wirtschaftliche Fertigung mit manuellen Geräten oder mechanischen, vertikal oder horizontal arbeitenden Maschinen. Erreichbare Maßgenauigkeiten bis Rm = 1 µm und Oberflächen- güten bis Rz = 0,3 µm sind heute mit diesem Verfahren erreichbar [Hub06].

Charakteristisch für das Langhubhonen ist der Überlauf der Honleisten über den Rand des Werkstücks. Zu beachten ist, dass die Anpresskraft beim kraftgebundenen Honprozess auf die Honleisten während des Prozesses stabil bleibt, jedoch verkleinert sich durch den Überlauf die Anlagefläche der Honleisten, woraus der Anpressdruck und damit verbunden die Axialkraft auf die Enden des Werkstücks zunimmt. Weiterhin werden die Ränder des Werkstücks kürzer bearbeitet. Das Werkzeug neigt an den Bohrungsrändern zum Kippen, woraus Aufweitungen und damit Zylindrizitätsfehler resultieren. Zudem ist die Kantenkraft am oberen Bohrungsrand FO stets größer als die Kantenkraft FU am unteren [Klo05]. Damit über die gesamte Bearbeitungsfläche ein konstanter Materialabtrag erfolgt, muss das Verhältnis von Länge lHS der Honleisten und der Länge lWS des Werkstücks angeglichen werden. Ein günstiges Verhältnis liegt bei lHS ≈ 2/3 lWS. Dieses ermöglicht einen gleichmäßigen Werkzeugverschleiß und eine gute Zylindrizität, da das Zeitspanungsvolumen an den Enden zunimmt, die Berührzeit jedoch geringer ist [Tsc99]. Darüber hinaus müssen die Anpressdrücke korrekt eingestellt werden, da der Zylindrizitätsfehler bei kleiner werdenden Anpressdrücken bis zu einem Minimum abnimmt, jedoch bei noch niedrigeren Flächenpressungen wieder ansteigt [Klo05, Pau08, Ueb94].

Die Geschwindigkeitskomponenten beim Langhubhonen sind durch ihre Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück charakterisiert. Sowohl die axiale Vorschub- geschwingigkeit va sowie die tangentiale Vorschubgeschwindigkeit vt verlaufen parallel zur Werkstückoberfläche. Die Zustellgeschwindigkeit vn hingegen wirkt senkrecht zur Werkstückoberfläche. Aus diesen drei Komponenten resultiert die Schnittgeschwindigkeit vc (vgl. Abbildung 2-6) [Klo05].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-3

Da vn aufgrund des relativ geringen Zerspanvolumens sehr klein gegenüber va und vr ist, kann vc auch dargstellt werden als:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-4

Die Führung des Werkzeugs verläuft bahngebunden in Richtung von va und vt. In Richtung der Zustellgeschwindigkeit vn, die senkrecht zur Werkstückoberfläche wirkt, erfolgt die Bewegung kraft- oder bahngebunden, vgl. Kap 2.1.2. Beim Langhubhonen sind Axial- und Tangentialgeschwindigkeit konstant, nur in den Prozessumkehrpunkten wird va = 0 m/min. Durch diese Richtungsumkehr der Bewegung in Axialrichtung kreuzen sich die Arbeitsspuren der Auf- und Abwärtsbewegung. Dadurch entsteht die typische Kreuzschliffstruktur auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkzeugs. Der Schnittwinkel, auch Honwinkel genannt, αH ist dabei abhängig von der axialen und der tangentialen Vorschubgeschwindigkeit. Je größer der Schnittwinkel ist, desto größer ist das Zerspanungsvolumen. Der Vorteil der sich kreuzenden Honbewegungen ist, dass eine deutlich genauere Oberfläche mit geringerer Rautiefe erzeugt wird, als dies bei parallelen Bewegungen der Fall wäre. Die eingesetzten Schnittwinkel liegen bei 40° < αH < 70° [Klo05, Pau08, Sch02]. Dieser wird nach [Wei97] wie folgt berechnet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-6: (a) Kinematik und (b) Oberflächenstruktur beim Langhubhonen [nach Sch02]

Darüber hinaus vergrößert sich der Werkstoffabtrag bei steigender Schnittgeschwingigkeit vc. Da jedoch das Verhältnis Axial- und Tangentialgeschwindigkeit va/vt = 1,3…2,7 betragen sollte, begrenzt dieses die einzelnen Geschwindigkeitskomponenten zu va = 3…30 m/min und vt = 10…80 m/min [Pau08].

Während des Honprozesses entstehen durch Anpressung und Schnittbewegung Kräfte auf die Werkstückwand. Die Zerspankraft F einer Honleiste wird beim Langhubhonen in drei orthogonale Richtungen aufgeteilt (vgl. Abbildung 2-7):

- Normalkraft Fn,
- Axialkraft Fa und
- Tangentialkraft Ft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-7: Zerspankraft und Kraftkomponenten beim Langhubhonen [nach Mus86]

Die Schnittkraft Fc liegt in der in Abbildung 2-7 gezeigten Tangentialebene. Ihr Betrag resultiert hauptsächlich aus Anpresskraft, dem verwendeten Werkstoff, dem Schmiermittel und der Schärfe der Schleifkornarten. Die Schnittkraft wird weiter in den tangentialen und axialen Kraftanteil Ft und Fa aufgeteilt. Der Richtungswinkel γH unterscheidet sich um den Schnittwinkel αH / 2. Weiterhin entspricht das Kraftverhältnis Fa / Ft nicht dem Geschwindigkeitsverhältnis va / vt. Die Ursache liegt im größeren Reibungswiderstand in axialer Richtung, der durch die Honriefen selbst, welche vom jeweiligen Korn wieder gekreuzt werden müssen, hervorgerufen wird. Zudem verändern sich die Schnittkraftkomponenten auch unterschiedlich mit den axialen und tangentialen Schnittgeschwindigkeitskomponenten. Abbildung 2-8 zeigt, dass Fa mit steigender Axialgeschwindigkeit zunimmt und mit steigender Tangentialgeschwindigkeit abnimmt, wohingegen Ft sich kaum verändert. Aufgrund dessen wird die theoretische Berechnung des Richtungswinkels γH erschwert [Pau08].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-8: Einfluss der Schnittgeschwindigkeit auf die Schnittkraft beim Langhubhonen von Kolbenmotorzylindern aus Grauguss [nach Mus86]

Senkrecht zur Tangentialebene liegt die Schnittnormalkraft Fn, welche gleich der Reibungskraft Fr ist. Sie wird nach Formel 2-6 berechnet. Da Fn das Werkstück verformen kann, ist sie gerade bei dünnwandigen Werkstücken zu begrenzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-6

Das Drehmoment Mc ist für die Bewegung erforderlich und proportional zu Ft [Pau08]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-7

Kurzhubhonen

Die Schnittbewegung setzt sich beim Kurzhubhonen aus zwei Teilen zusammen. Dies sind der axiale Anteil, der durch die Schwingungen in Längsrichtung entsteht und der tangentiale Anteil, der durch die Werkstückdrehung erzeugt wird. Die axiale Vorschubgeschwindigkeit wird aus der Werkstückvorschubgeschwindigkeit vw und einer oszillierenden Hubgeschwindigkeit vosz gebildet. Dadurch entstehen auf der Werkstückoberfläche umlaufende, wellenförmige Spuren, die sich sehr häufig überkreuzen. Verglichen mit dem Langhubhonen sind diese unregelmäßiger und schneiden sich unter einem spitzeren, nicht immer gleichen Winkel. Im Gegensatz zum Langhubhonen hat die Axialbewegung lediglich eine Länge von la = 1…6 mm, die Hubfrequenz liegt bei fh = 10…50 Hz [Pau08, Rei07, Sch02].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-8

Die weitere Aufschlüsselung von Formel 2-8 enthält die Hubfrequenz fh, die Hubkreisfrequenz ωh und die doppelte Hubamplitude lh. Dabei erreicht die Schnittgeschwindigkeit vc bei cos (ωh·t) = 1 den Maximalwert und bei cos (ωh·t) = 0 den Minimalwert. Darüber hinaus ist die Oszillationsgeschwindigkeit vosz größer als die Vorschubgeschwindigkeit vw. Die Zustellgeschwindigkeit vn kann aufgrund der geringen Größe vernachlässigt werden (vgl. Abbildung 2-9) [Paf10]. Der Honwinkel βh der Honspur wird berechnet durch [Pau08, Sch02]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-9: Kinematik und Geschwindigkeiten beim Kurzhubhonen [nach Sch02]

Die Kräfte beim Kurzhubhonen, die beim Bearbeitungsprozess auf das Werkstück wirken, werden durch die Anpressung des Honsteins, der Drehung des Werkstücks und durch die axiale Schwingbewegung erzeugt [Pau08]. Die Normalkraft Fn steht dabei in Bezug auf die Flächenpressung pn und die Kontaktfläche der Honleiste AHL, welche zwischen Honleiste und Werkstück aufgespannt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Schnittkraft Fc wird aus dem Kräfteparallelogramm von Axial- und Tangentialkraft berechnet [Klo05, Mus86, Pau08]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-11

Verfahrensvarianten

Das verfolgte Ziel der Honbearbeitung Plateauhonen ist die Verbesserung der Oberflächengüte des Werkstücks. Durch Vorbearbeitungen wie beispielsweise Bohren oder Schleifen liegt die Rautiefe Rz der bearbeiteten Oberfläche zwischen Rz = 10…50 µm. Bei Beginn des Honprozesses werden die Bearbeitungsrillen sehr schnell flacher und die Rautiefe somit kleiner. Sind die Spuren der Vorbearbeitung beseitigt, können weitere Honstufen mit verringerter Flächenpressung, feinerem Honstein und/oder größerer Schnittgeschwindigkeit die Oberflächengüte auf Rz < 1 µm verbessern, vgl. Abbildung 2-10 [Pau08].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-10: Verbesserung der Oberflächengüte beim Plateauhonen [nach Pau08]

Bei einigen Anwendungsfällen ist es jedoch sinnvoll, restliche Riefen einer gröberen Vorhonstufe zu erhalten. Ein Beispiel sind die Kolbenlaufbahnen von Motoren, bei denen die Riefen dem Schmierfilm des Öls eine gute Haftfähigkeit geben. Die Forderung liegt dabei bei feinen Oberflächenplateaus mit tiefen Riefen, um ein möglichst großes Ölrückhaltevolumen zu erzielen. Daraus resultieren geringere Verschleißerscheinungen von Kolbenlaufbahn und Kolbenringe, ein geringerer Ölverbrauch sowie eine kürzere Einlaufzeit des Motors. Diese Form der Oberflächengüte wird erreicht, indem ein Vor- und ein Fertighonprozess durchgeführt werden. Vorgehont wird i. d. R. mit groben Honleisten, die das Fertigmaß und die tiefen Honspuren erzeugen. Beim Fertighonen werden feinkörnige Honleisten verwendet, welche die Spitzen der vorgehonten Flächen abtragen. Dadurch entstehen Plateaus mit einem großen Profiltraganteil (vgl. Abbildung 2-11) [Fri08, Pau08].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-11: Gestalt einer durch Plateauhonen erzeugten Oberfläche mit Rt1 = 2 µm, Rt2 = 6 µm [nach Pau08]

Bei der Variante Bandhonen, die auch als Superfinish bezeichnet wird, wird ein Schleifband mit Anpressrollen oder -schalen gegen die zu bearbeitende, sich drehende Werkstückoberfläche gedrückt. Eine Axialschwingung wird durch das Werkstück oder vom Bandführungsgerät erzeugt, das Schleifband selbst steht still. Die Schwingweiten liegen zwischen ls = 1…5 mm. Es wird eine Emulsion oder ein Honöl zur Schmierung verwendet, welches den Abrieb wegspült. Angewendet wird das Bandhonen in der Automobilindustrie bei Motor- und Getriebeteilen wie Nockenwellen oder Wellenlagern. Die erreichbaren Genauigkeiten nach mehrmaligem Bandhonen liegen bei Rz = 0,05 µm, die Bearbeitungszeit je Prozess liegt bei tb = 15…45 s [Pau08].

Die stetig wachsenden Anforderungen an Kolbenlaufbahnen von Verbrennungsmotoren erfordern neue Verfahrensvarianten beim Honen. Die Oberfläche der Zylinderbohrung muss zwei Funktionen erfüllen, zum einen die Minimierung der Reibung von Kolbenring und Zylinderbohrung durch Schmierstoff und zum anderen die Sicherstellung einer ausreichenden Schmierstoffbevorratung während des Betriebs. Somit muss zum einen eine geringe Rauheit am Bauteil erzeugt werden, die über einen hohen Materialtraganteil verfügt sowie eine offene Struktur der Oberfläche realisiert werden, welche die Haftung des Schmierstoffs in der Kontaktzone sicherstellt. Das aus dieser Problemstellung entwickelte Laserhonen ist in der Lage, eine überlagerte Struktur eines feinen Rauheitprofils mit einer rauen Oberfläche herzustellen. Dazu wird in einem ersten Schritt zunächst konventionell vorgehont, um das geforderte Endmaß zu erreichen. Danach wird das Laserhonen angewandt, welches mittels eines Lasers eine definierte Struktur in die gehonte Oberfläche einbringt. In einem letzten Bearbeitungsschritt wird das Fertighonen durchgeführt, um die durch die Laserbearbeitung entstandenen Schmelz- und Oxidaufwürfe zu beseitigen und um eine sehr feine Gleitfläche von Rz = 1…2 µm zu erzeugen [Klo05].

Eine weitere Variante stellt das Verzahnungshonen dar. Dabei handelt es sich um ein Hartfeinbearbeitungsverfahren für außen- oder innenverzahnte Zahnräder. Während des Prozesses drehen sich Werkzeug und Werkstück synchron, die beiden Drehachsen sind durch einen Achskreuzungswinkel zueinander versetzt. Zu Prozessbeginn wird das Werkzeug bei hohen Drehzahlen dem Werkstück angenähert, wodurch ein hoher Druck auf die Schleifkörner in den Werkzeugzähnen ausgeübt wird und das Zerspanen des Materials an den Werkstückflanken realisiert wird [Klo05].

2.2 Schleifen

In der Prozesskette DSH erfolgt nach dem beschriebenen Drehprozess ein Schleifprozess, um die verwendeten Bauteile auf den Honprozess vorzubereiten. Das Verfahren „Schleifen“ ist nach DIN8589-11 in die Obergruppe „Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide“ einzuordnen, welche in die Bereiche „mit gebundenem Korn“ sowie „mit losen Korn“ aufgeteilt ist. Schleifen ist demnach ein Verfahren mit gebundenem Korn, Strahl- und Gleitspanen beispielsweise gehören dagegen zu Verfahren mit losem Korn.

Definiert ist Schleifen als Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden, wobei ein Werkzeug mit einer großen Anzahl von Schneidkörpern und einer hohen Schleifscheibengeschwindigkeit zum Einsatz kommt. Die Materialtrennung erfolgt dabei kontinuierlich durch das Zusammenwirken von Schnitt- und Vorschubbewegung. Darüber hinaus kann die Zustellbewegung beim Schleifen als eine schrittweise ausgeführte Komponente einer Vorschubbewegung aufgefasst werden [Den04, DIN8589-11, Fri08, Klo05].

Das Schleifen kann nach DIN8589-11 anhand der folgenden Ordnungskriterien weiter untergliedert werden:

- Art der Fläche,
- Kinematik des Zerspanvorgangs und
- Werkzeugform (Profil) [DIN8589-11].

Daraus können die nachfolgenden Fertigungsverfahren abgeleitet werden:

- Planschleifen,
- Rundschleifen,
- Schraubschleifen,
- Wälzschleifen,
- Profilschleifen und
- Formschleifen [DIN8589-11].

In Abbildung 2-12 sind die wichtigsten Schleifverfahren dargestellt. Die Schnittbewegungen sind dabei durch die Schnittgeschwindigkeit vc, die Werkstückgeschwindigkeit vw sowie die Hauptvorschubgeschwindigkeiten in axialer, radialer und tangentialer Richtung va, vr und vt gekennzeichnet. Die jeweiligen Vorschübe der drei Richtungen besitzen analog die Indizes fa, fr und ft. Der Schleifscheibeneingriff ist charakterisiert durch den Arbeitseingriff ae sowie durch den Vorschub- bzw. Schnitteingriff ap. Diese Stellgrößen ermöglichen die Berechnung des Zeitspanungsvolumens QW, welches eine Kenngröße für das pro Zeiteinheit zerspante Werkstoffvolumen ist [Klo05]. Ein weiteres Kriterium bei der Unterteilung des Prozesses Schleifen ist die Lage der Scheibenfläche, welche die Oberfläche erzeugt. Daraus ergibt sich das Umfangs- und Seitenschleifen, welches auch als Stirnschleifen bezeichnet wird. Beim Umfangsschleifen liegt die Schleifspindel parallel zur erzeugten Fläche, während diese beim Stirnschleifen senkrecht zur erzeugten Fläche liegt. Eine weitere Unterteilung ist das Pendel- und Tiefschleifen. Beim Pendelschleifen wird die hin- und hergehende Vorschubbewegung durch eine große Vorschubgeschwindigkeit vw und eine geringe Zustellung ae realisiert, wobei beim Tiefschleifen geringe Vorschubgeschwindigkeiten und hohe Zustellungen verwendet werden. Das Tiefschleifen ist zudem dadurch charakterisiert, dass die gesamte Zustellung ae häufig in einem Durchgang geschliffen wird, Beispiele für dieses Verfahren sind Bohrer und Fräser aus Hartmetall [Fri08, Klo05, Sch02].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-12: Beispiele Schleifverfahren [Dil07]

Bei dem vorliegenden Schleifprozess in der Prozesskette DSH handelt es sich um das Innenrund-Umfangs-Querschleifen, das auch als Innenrund-Einstechschleifen bezeichnet wird (vgl. Abbildung 2-13). Dieses Verfahren kann neben zylindrischen auch kegelige Bohrungen bearbeiten [Klo05]. Bei dem Schleifprozess, der auf der Kombinationsmaschine erfolgt, führt das Werkstück die Schnitt-, Einstech- und Vorschubbewegung aus. Charakteristisch für diesen Schleifprozess ist, dass der Durchmesser des Schleifkörpers der Schleifspindel immer einen kleineren Außendurchmesser dwa hat als der Werkstück- innendurchmesser dwi. Ein günstiges Verhältnis von dwa/dwi liegt bei 0,6 - 0,7. Die Schleifscheibengeschwindigkeit vs wird i. A. hoch, d. h. über 35 m/s, gewählt. Zudem wird die Drehzahl nS bei kleinen Schleifkörpern sehr groß eingestellt. Die Zustellungen werden gering gewählt, da sich die schlanke Schleifspindel unter der Belastung schnell zu stark durchbiegt, woraus Formfehler und ein ungleichmäßiger Verschleiß resultieren. Aufgrund der geringeren Zustellung ist die Anzahl der Längshübe zu vergrößern. Übliche Zustellungen je Doppelhub sind beim Vorschleifen ae = 0,02…0,05 mm und beim Fertigschleifen ae = 0,003…0,01 mm. Zudem werden i.d.R. Werkzeuge mit geringer Steifigkeit verwendet, die ein sehr häufiges Abrichten erfordern [Lin06, Pau08]. Die erreichbare Maßgenauigkeit liegt bei IT5 - IT7, die Oberflächenrauheit bei Rz < 1 µm [Joh03, Wei01].

Darüber hinaus wird bezüglich der Richtung der Werkstückgeschwindigkeit vw gegenüber der Schleifscheibengeschwindigkeit vs zwischen Gleich- und Gegenlaufschleifen unterschieden. Beim Gleichlaufschleifen sind die Werkstückgeschwindigkeit und Schleifscheiben- geschwindigkeit gleichgerichtet, wohingegen diese beim Gegenlaufschleifen entgegen- gesetzt gerichtet sind. Diese Verfahren dienen u. A. der Bearbeitung von Wendeschneidplatten, Kugellagern und Zylinderköpfen [Klo05, Sch02]. Die Schleifprozesse auf der Kombinationsmaschine werden stets als Gegenlaufschleifen durchgeführt. Abbildung 2-13 zeigt das Prinzip des Gegenlaufschleifens anhand des Innenrund- Schleifens.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-13: Verhältnisschema beim Innenrund-Schleifen (Gegenlauf) [nach Lin06]

Nach Salj é sind die Schleifscheibengeschwindigkeiten nach den folgenden Bedingungen auszuwählen:

- Schleifscheiben,
- Körnern (Schneiden),
- Werkstücken,
- Konditionierwerkzeugen sowie
- Flüssigkeitsströmen [Sal91].

Für die Prozesse sind die wichtigsten Geschwindigkeiten des Schleifprozesses die Schleifscheibengeschwindigkeit vs, die Werkstückgeschwindigkeit vw und die Zustellgeschwindigkeit vn. Die Schnittgeschwindigkeit ist zur einmaligen Spanabnahme erforderlich, die fortlaufende Spanabnahme wird durch die Vorschubbewegung realisiert (vgl. Abbildung 2-14) [Sal91].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-14: Schleifspindel- und Werkstückbewegungen beim Innenrund-Schleifen

Die Schleifkraft ist die Summe aller Kräfte, die auf alle momentan im Eingriff befindlichen Schneiden wirken und resultiert aus dem Eingriff der Schneiden mit dem Werkstück. Der Betrag dieser Kraft ist u. a. abhängig von den Faktoren Werkstoff, Schleifwerkzeug, Prozessparameter und den kinematischen Verhältnissen. Die Schleifkraft beeinflusst im Wesentlichen das Prozessergebnis in Form von Oberflächengüte, Wärmebeeinflussung, Verschleißverhalten der Schleifscheibe sowie die Maß- und Formgenauigkeiten des Werkstücks. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass sich die übergeordnete Prozesskraft aus der Schleifkraft und der Summe aller nicht durch den Zerspanungsprozess erzeugten Kräfte zusammensetzt. Dies sind Kräfte, die beispielsweise durch den Einsatz von KSS oder durch eine Kompression vor dem Kontaktbereich Schleifscheibe/Werkstück des mit der rotierenden Scheibe umlaufenden Luftpolsters entstehen [Fer92].

Die Schleifkraft kann in die Normal-, Tangential- und Vorschubkraft aufgeteilt werden (vgl. Abbildung 2-15). Die Normalkraft Fn wirkt senkrecht auf die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks und bewirkt die Verformung von Maschine, Werkstück und Werkzeug. Die Tangentialkraft Ft wirkt in Bezug auf das Werkstück tangential zur Schleifscheiben- oberfläche in Richtung der Schnittbewegung. Sie bestimmt die für den Prozess benötigte Schleifleistung. Die Vorschubkraft Ff wirkt in Vorschubrichtung und ist beim Schleifprozess verhältnismäßig klein. Dabei werden Normal- und Tangentialkraft als Summe der momentan im Eingriff befindlichen Schneiden verstanden, durch die die während des Prozesses auftretenden Reib-, Verdrängungs- und Scherkräfte hervorgerufen werden. Dabei erzeugen kleine Schneiden eine verhältnismäßig kleine Schleifkraft, größere Schneiden bewirken eine stärkere Werkstoffverdrängung und somit eine höhere Schleifkraft. Je höher die Schleifkraft, desto höher ist die Temperatur am Schleifwerkzeug und somit die Verschleißerscheinung an den Schneiden des Korns. Der Zusammenhang zwischen Normal- und Tangentialkraft ist durch das Kraftverhältnis µ = Fn/Ft gegeben. Es ist abhängig von der Schleifscheiben- Werkstückpaarung sowie den Kühlschmierbedingungen und liegt i.A. zwischen µ = 2…3 [Fri08].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-15: Eingriffsbedingungen beim Innen- und Außenrundschleifen [nach Boc87]

Nach Tschätsch ist die Hauptschnittkraft Fc,m:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-12

Mittels der Anzahl der im Eingriff befindlichen Schneiden zE kann die mittlere Gesamt- hauptschnittkraft Fm angegeben werden als [Tsc99]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Formel 2-13

Die Herleitung der beiden Kräfte ist unter Kapitel 9.2.1 aufgeführt.

2.3 Drehen

Der Fertigungsprozess Drehen ist nach DIN8589-1 definiert als Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide. Realisiert wird das Verfahren mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung und senkrecht zur Schnittrichtung liegender Vorschubbewegung. Die Schnittbewegung wird dabei meist durch Drehen des Werkstücks realisiert. Die Vorschub- und Zustellbewegung, die längs oder quer zur Werkstückachse verläuft, erfolgt durch das Werkzeug [DIN8589-1].

Die unterschiedlichen Drehverfahren werden nach DIN 8589-1 in die Ordnungskriterien:

- Form der erzeugten Werkstückoberfläche,
- Werkzeugform und
- Kinematik des Zerspanvorganges eingeteilt [Sch02].

Nach Dillinger werden die wichtigsten Drehverfahren wie folgt unterteilt (vgl. Abbildung 2- 16) [Dil07]:

- Rundrehen,
- Plandrehen,
- Gewindedrehen,
- Stechdrehen,
- Profildrehen,
- Formdrehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-16: Einteilung der wichtigsten Drehverfahren [Dil07]

Die verschiedenen Drehverfahren lassen sich zudem aus ihrer Vorschubrichtung sowie aus der jeweiligen Werkzeugstellung zum Werkstück ableiten. Liegt die Vorschubbewegung parallel zur Drehachse des Werkstücks, heißt das Verfahren Längsdrehen. Bei einem senkrecht dazu liegenden Vorschub wird vom Querdrehen gesprochen. Das Plandrehen ist durch die Entstehung einer ebenen Fläche am Werkstück charakterisiert. Das Runddrehen ist ein Verfahren, bei dem eine runde Fläche entsteht, welche zylindrisch oder kegelig sein kann [Pau08].

Im Folgenden wird auf den Prozess Innen-Längs-Runddrehen genauer eingegangen, da die beiden Prozessketten DSH und DHH diesen in ihrer ersten Bearbeitungsstufe auf der Kombinationsmaschine beinhalten. Das Runddrehen wird angewandt, um eine zur Drehachse des Werkstücks koaxial liegende zylindrische Fläche zu erzeugen. Das Anwendungsgebiet reicht von der Feinbearbeitung, welche beispielsweise in der Uhrenindustrie vorliegt, bis hin zu Antriebswellen für den Anlagenbau mit einer Länge von mehreren Metern. Neben dem Schäldrehen, welches mehrere Hauptschneiden auf einem umlaufenden Werkzeug besitzt, ist das Längs-Runddrehen das wichtigste Runddrehverfahren. Die Vorschubbewegung wird bei beiden Verfahren vom Werkstück ausgeführt und die Rotationsbewegung vom Werkzeug, wobei ein sehr hohes Zeitspanvolumen QW erreicht werden kann [Klo07].

Die wichtigsten Verfahren des Runddrehens sind (vgl. Abbildung 2-17):

- Längs-,
- Quer-,
- Schäl- und
- Breitschlicht-Runddrehen [Sch02].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-17: Runddrehverfahren [nach Sch02]

Beim Drehen wird zudem zwischen Schrupp- und Schlichtbearbeitung unterschieden. Die Technologie des Schruppens wird meist auf ein Rohteil angewandt, wenn insbesondere ein hohes Zeitspanungsvolumen QW erzielt werden soll, welches einen hohen Materialabtrag gewährleistet. Der Technologiebereich beim Schruppen ist charakterisiert durch hohe Vorschübe und große Schnitttiefen. Die Höhe der Schnittgeschwindigkeit vc ist von der Festigkeit des Werkstoffes abhängig. Je höher diese ist, desto geringer ist die Schnittgeschwindigkeit zu wählen. Dem gegenüber stehen die Ziele bei der Schlichtbearbeitung, mittels derer eine hohe Oberflächenqualität am Bauteil erzeugt werden soll. Hier werden in der Regel geringere Vorschübe und Schnitttiefen verwendet, um die gewünschten Anforderungen zu erfüllen.

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Details

Seiten
115
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783656162797
ISBN (Buch)
9783656163879
Dateigröße
2.9 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v191438
Institution / Hochschule
Technische Universität Dortmund – Institut für Spanende Fertigung
Note
1,0
Schlagworte
Kombinationsbearbeitung kraftgebundene Zustellung Kraftanalyse Kräfte Hontechnologie Hartdrehen Prozessparameter Verschleiß Normalkraft Tangentialkraft Zustellkraft

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Titel: Analyse der Kräfte bei der Kombinationsbearbeitung mit Schwerpunkt auf die kraftgebundene Zustellung beim Langhubhonen