Anforderungen neuer Werkstoffe an die Werkzeugmaschine: Fid-Bau Portal

Anforderungen neuer Werkstoffe an die Werkzeugmaschine

Weck, M. / Marpert, M.

Es wird über Werkzeugmaschinen zur spanenden Bearbeitung von Keramik, CFK und Magnesium berichtet. Siliciumnitrid-Keramik kann durch laserunterstütztes Drehen bearbeitet werden. Ein NdYAG-Laser mit 400 W erwärmt das Werkstück punktförmig kurz vor dem Werkzeugeingriff. Die Schnittgeschwindigkeit ist 60 m/min, der Vorschub 7 Mikrometer/Umdrehung, die Schnitttiefe 1 mm und der Werkstückdurchmesser 28 mm. Die erzielten Oberflächenqualitäten sind Rz 3 Mikrometer und Ra 0,5 Mikrometer. Die Bruchspannung des Materials erhöht sich um 64 %. Das Verfahren ist prinzipiell für Ni- und Ti-Legierungen geeignet. Trockenbearbeitung erhöht die thermische Maschinenbelastung, die durch Isolierung von Werkzeug- und Werkstückaufnahme, Absaugvorrichtungen für Späne, Thermokompensation, Druckluftreinigung und Staubabsaugung verringert werden kann. Für die Zerspanung von Aluminium, wo häufig bis zu 90 % des Rohteilvolumens entfernt werden, ist nur mit Hochgeschwindigkeitsschneiden eine Verkürzung der Bearbeitung möglich. Notwendig sind Spindeln mit Drehzahlen bis 18000 Umin, deren Lager Kugeln aus Si3N4 und Lagerkäfige aus CrN-beschichtetem Stahl haben. Ergänzt wird dies durch hohe Verfahrgeschwindigkeiten und hohe Beschleunigung. Die Linearantriebe der Vorschubeinheiten erfordern schnelles Messen und Regeln sowie Kühlung und Isolierung um den Wärmefluss in die Maschinenstruktur zu verhindern. Bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Magnesiumlegierungen wie AZ91HP ist die Reaktionsfähigkeit der Späne und Stäube mit Wasser oder Öl eine Gefahrenquelle. Zur Vermeidung von Knallgasbildung muss die Kühlemulsion zusätzlich gekühlt werden und durch Kapselung und Absaugung des Arbeitsraumes der H2-Gehalt unter 4 % bleiben. Bei Öl als Kühlmittel muss durch Sensoren und CO2-Löscher ein Brand verhindert werden. Bei Trockenbearbeitung kann Argon als Löschmittel eingesetzt werden. Neue Maschinenkonzepte reduzieren die bewegten Massen und erhöhen die Struktursteifigkeit. Geschlossene kinematische Ketten mit einem viergliedrigen Koppelgetriebe zeigen in FEM-Rechnungen hohe Steifigkeiten und Eigenfrequenzen.