Konturieren kleiner Tiefbohrungen
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Date
2024
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Abstract
In der Produktionstechnik weisen spanende Fertigungsverfahren weiterhin eine große Relevanz auf, um Komponenten aus verschiedensten Werkstoffen produktiv, präzise und funktionsgerecht herstellen zu können. Dabei konzentrieren sich die meisten Verfahren, insbesondere bei der Herstellung komplexer Konturen, auf die Außenbearbeitung der Bauteile. Die innenliegende Bearbeitung wird häufig durch Sonderverfahren oder Innendrehen in geringen Bearbeitungstiefen abgedeckt und ist in ihren Prozessmöglichkeiten begrenzt. Diese Grenzen werden unter anderem dann erreicht, wenn es gilt, Konturen in kleinen Bohrungen auch in großen Tiefen einzubringen. Um jedoch Leichtbau, Bauteilbelastbarkeit sowie Funktionalität konsequent Folge zu leisten, besitzt ebendieses Feld großes Potential.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Entwicklung, die Fertigung und der Einsatz eines neuartigen Werkzeugsystems zur Konturierung kleiner, tiefer Bohrungen vorgestellt. Dafür wurden zunächst Grundlagenuntersuchungen zum konventionellen Innendrehen durchgeführt, die die vergleichende Referenz des aktuellen Stands der Technik darstellen. Hiernach folgte die Entwicklung und Auslegung des Werkzeugsystems, welches durch einen neuen Ansatz eine Ausstellbewegung einer Schneidplatte auch in kleinen Durchmesserbereichen ermöglicht. Zudem liegt ein von der Bearbeitungstiefe unabhängiger, schwingungsvermeidender Aufbau vor, sodass auch Bohrungen mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von größer 100 konturiert werden können. In der ersten Entwicklungsstufe wurde ein stehendes Werkzeugsystem mit integrierter, ansteuerbarer Aktorik erarbeitet, wodurch es sich um eine vollwertige NC-Achse in einer Werkzeugmaschine handelt. Dieses System wurde darauffolgend gefertigt und auf einer BTA-Tiefbohrmaschine mechanisch und steuerungstechnisch implementiert. Einsatzversuche und technologische Untersuchungen konnten im Anschluss die Funktionsfähigkeit und Potentiale des entwickelten Systems aufzeigen. Dabei können konturtreue, komplexe Innenbearbeitungen prozesssicher realisiert und hohe Oberflächengüten der gefertigten Innenkonturen erreicht werden.
In einer zweiten Stufe wurde das Werkzeug zu einem rotationsfähigen System weiterentwickelt, bei welchem die Daten- und Energieübertragung zur Aktorik induktiv umgesetzt wird. Hierfür wurde die Antriebseinheit des Systems angepasst und ein neuer Regelkreis ausgelegt. Dadurch kann die Einheit als unabhängige, geregelte NC-Achse auf unterschiedlichen Werkzeugmaschinen mit variierenden Steuerungen betrieben werden. Nach der Fertigung des Werkzeugsystems wurde dieses auf einer Koordinaten-Tiefbohrmaschine implementiert, wobei auch hier komplexe Innenkonturen in Werkstücke aus verschiedenen Werkstoffen eingebracht werden konnten. In der Folge wird die Erweiterung der produktionstechnischen Möglichkeiten um die Innenkonturierung auf einem großen Anteil der Werkzeugmaschinen und auch außermittiger Bohrungen erzielt. Abschließend wird in der Arbeit die Herstellung komplexer Konturen mit konkretem Anwendungsbezug zur Prüfung der industriellen Einsatzfähigkeit des Werkzeugsystems vorgestellt.
Description
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Keywords
Innendrehen, Auskammern, Tiefbohrungen, Innenkontur