)/ ees q» (gestrichelt dargestellt) Abb. 5: Verbleibender Kantenausbruch in Abhängigkeit von Eingriffswinkel und Spandicke (Berechnungsbeispiel) Xl( - 0,2 nun, XKmax - 0,5 mm, D - 180 nun, hmax - 0,667 mm, nach [3] l:~~ ~ o 7000 2000 m 3000 VorSChvb"'.g I Abb. 6: Bearbeitungsqualität (Kantenaus- bruch) und Rundlauffehler beim Fräsen von K-F-beschichteten Spanplatten dessen Spandicke an dieser Stelle nicht gleich null war (Abb. 3): Der Verlauf des Kantenausbruches (Xk ) in Abhängigkeit vom Eingriffswin- kel ( . ) kann durch folgende funktions- typen beschrieben werden: XK =
> 4,5 Grad die Zurücksetzung des Schneidenflugkreises so groß, daß der Kantenausbruch in diesem Winkelbe- reich nicht mehr die Unie A-A (Abb. 3) überschreitet und damit nicht mehr die Bearbeitungsqualität bestimmt. In Abb. 5 ist der verbleibende Kantenaus- bruch XKV in Abhängigkeit von Ein- griffswinkel und Spandicke dargestellt. Bei einer Spandicke von 0,17 mm über- schreiten die Kantenausbruche entlang des Spanbogens gerade die in Abb. 2 angegebene Unie A-A Die bei dieser Spandicke verbleibenden Ausbruche sind jedoch sehr klein und bestimmen nicht die Bearbeitungsqualität; diese wird bei einer geringeren Spandicke gebildet, schätzungsweise im gewähl- ten Beispiel zwischen 0,08 mm und 0,12 mm (qualitätsbildende Spandicke (ho)· Wie Abb. 6 zu entnehmen, wird nun durch einen Rundlauffehler (aR) die qualitätsbildende Spandicke ho direkt um den Betrag des Fehlers vergrößert: ho - hat + aR (4) Dabei bedeuten: ho - reale qualitätsbildende Spandik- ke hat= ideale, qualitätsbildende Span- dicke (ohne Rundlauffehler). Gemäß Abb. 5 wird die Bearbeitungs- qualität in einem Bereich des Eingriffs- winkels von etwa 3 Grad (maximaler Eingriffswinkel 19 Grad) bzw. bei einer Spandicke von etwa 0,1 mm gebildet Ein etwa gleich großer Rundlauffehler bewirkt eine Verdopplung der Spandik- ke; seine Auswirkungen wären so, als würde die Vorschubgeschwindigkeit verdoppelt oder die Schneidenanzahl halbiert Den Einfluß von Rundlaufab- weichungen auf die Bearbeitungsqua- lität zeigt Abb. 6. Wird als Oualitätskriterium des Standwegendes ein Kantenausbruch z. B. von 0,2 mm gewählt, läßt sich der Standvorschubweg in Abhängigkeit vom Rundlauffehler darstellen (Abb. 7). Nach Abb. 7 ist je Zehntel eines Rundlauffehlers mit einem Verlust eines Drittels des Standweges zu rechnen, der mit einem geometrisch idealen Werk- zeug erreicht werden kann. Die Vergrößerung des Kantenausbru- ches beträgt bei einem Rundlauffehler von 0,1 mm etwa 0,025 mm, durch eine Verdopplung der Vorschubgeschwin- digkeit etwa 0,028 mm. Da beide Werte nahezu identisch sind, kann gefolgert werden, daß die Oualitätsbildung bei einer Spandicke von 0,1 mm, also bei einem Drittel der Mittenspandicke, er- folgt. Dies entspricht nahezu exakt dem in Abb. 4 angegebenen geschätzten Winkelbereich der Oualitätsbildung. Ein Rundlauffehler bewirkt danach eine Vergrößerung der Spandicke und damit eine Verminderung der Bearbeitungs- qualität. Ouantifizierbar sind diese Zu- sammenhänge mit Hilfe der sogenann- Abb. 12: Verschleiß der Schneidenecken nach einem VoISChubweg von 50 m 66 HOB 5/91 Abb. 10: Zusammenhang von Kantenaus- bruch, Zahnvorschub sowie Rund- und Planlaufabweichungen beim Kreissägen beschichteter MObelspanplatten, nach [4] Abb. 11: Zum Einfluß von Rund- und Plan- laufabweichungen auf den tatsächlichen Zahnvorschub, nach [4] .. _-~ ten .qualltätsbildenden Spandicke· (ho)· Z ... EInII .. von Rund- und .......... we6chungen Treten Rund- und Planlaufabweichun- gen, wie es z. B. bei Kreissägewerkzeu- gen der Fall ist, gemeinsam auf, so wer- den die Verhältnisse bedeutend kompli- zierter. Der Planlauffehler, gemessen von Zahn zu Zahn, kann so wirken, daß er die Schnittbreite entweder vergrößert (ragt aus der Kontur heraus), oder er verändert die Schnittbreite des Werkzeuges nicht, weil der nachfolgen- de Zahn sich innerhalb der Werkzeug- kontur befindet (Abb. 8): Die folgenden Untersuchungen bezie- hen sich auf positive Planlaufabwei- chungen, weil nach orientierenden Un- tersuchungen diese sich auf die Bear- beitungsqualität stärker negativ auswir- ken. Mit Hilfe eines zweischneidigen Ver- suchswerkzeuges wurden unterschiedli- che Rund- und Planlaufabweichungen definiert eingestellt und melarninbe- schichtete Möbelbauteile mit Zahnvor- schüben von fz = 0,067 mm, 0,133 mm, 0,25 mm und 0,41 mm bearbeitet. Als Versuchswerkzeug diente ein Fügefrä- ser mit einem Werkzeugdurchmesser von D ~ 125 mm, der mit zwei Messer (30 x 12 x 1,5 mm) bestückt und im Gleichlauf betrieben wurde (Versuchs- anordnung Abb. 9). Die Nebenschneide wurde wie bei einem Kreissägewerk- zeug angeschliffen. Die Rund- und Plan- lauffehler wurden mit Hilfe von Metall- folien bzw. durch seitliches Verschieben der Messer erzeugt und mittels Meßta- ster justiert. Die Experimente wurden unter folgen- den Bedingungen durchgeführt: Hauptschneide Keilwinkel Spanwinkel Neigungswinkel Einstellwinkel Nebenschneide = 55 Grad = 17 Grad = 0 Grad = 90 Grad Eckenwinkel = 87 Grad Nebenschneidenfreiwinkel 3 Grad Nebenschneideneinstell- winkel = 3 Grad Achsneigungswinkel Werkzeugüberstand Bearbeitungszugabe Vorschubgeschwindigkeit o Grad 5mm 10mm = 0,4- 2,5 m/rnin Vorschubrichtungswinkel Gleichlauf Drehzahl = 3000 l/rnin Scbneidenanzahl = 2 Flugkreisdurchmesser = 125 mm Spanungswerkstoff, Spanplatte, Dicke = 19 mm Beschichtung Melamin Die Untersuchungen wurden bei scharfer Schneide durchgeführt. Die Be- stimmung des Kantenausbruches er- folgte mittels eines Meßmikroskopes US FORSCHUNG UND WISSENSCHAFT nach Knospe [5). Die Versuchsauswer- tung erfolgte in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit und den ein- gestellten Rund- und Planlaufabwei- chungen. Die Ergebnisse sind in Abb. 10 dargestellt: Aus den in Abb. 10 dargestellten Ver- suchsergebnissen lassen sich folgende Erkenntnisse herleiten: - Mit größer werdendem Zahnvorschub sowie ansteigenden Rund- und Plan- laufabweichungen wächst der Kan- tenausbruch. - Der Einfluß eines Rundlauffehlers ist doppelt so stark auf den Kantenaus- bruch wie der eines gleich großen Planlauffehlers. - Treten Rund- und Planlaufabwei- chungen gemeinsam auf, so addieren sich ihre Wirkungen so, als würden sie einzeln auftreten. - Rund- und Planlauffehler von jeweils 0 ,2 mm bewirken den gleichen Zu- wachs des Kantenausbruches, wie eine Erhöhung des Zahnvorschubes um 0,067 mm (0,4 m/ min bei z - 2 und n - 3000 min-1). Bezogen auf ein Kreissägeblatt mit z = 60 hätte ein Rund- und Planlauffehler in dieser Größe die gleiche Wirkung auf die Kantenqualität wie eine Vergößerung der Vorschubgeschwindigkeit von etwa 12 m/min. Rund- und Planlaufabweichungen beim Kreissägen müssen hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Kantenausbruch gleichsam wie beim Fräsen über die Veränderung der Spandicke beschrie- ben werden können. Die Bearbeitungs- qualität beim Kreissägen ist bekannt- lich schon mit dem Aufschlag des Säge- zahnes auf das Werkstück gebildet, da im Gegensatz zum Fräsen einmal ent- standene Kantenausbrüche nicht mehr von den nachfolgenden Zähnen besei- tigt werden. Ebenso wie beim Fräsen wird die Spandicke im Bereich der Qua- litätsbildung (dies ist beim Kreissägen etwa die maximale Spandicke hmax) entscheidend durch Rund- und Plan- laufabweichungen beeinflußt (Abb. 11). Die in Abb. 10 dargestellten experi- mentellen Ergebnisse lassen sich gut mit dem Verhalten der in Abb. 11 dar- gestellten Strecke L erklären. Diese Strecke ist die kürzeste Entfernung der im Eingriff befindlichen Schneidenecke zur Hauptschneide des Zahnes , der vor- her im Eingriff war. Mit Hilfe dieser Lange (L) kann die Wirkung des rech- nerischen Zahnvorschubes und der Laufabweichungen gemeinsam nach folgender Beziehung beschrieben wer- den: XK = XK (L) (5) L - L (fz' R, P) (6) XK ~ Xo+c1fz+c2 (L\P2(6.R+fz)L f2z) (7) dabei bedeuten: XK - Kantenausbruch Xo = materialspezifischer Wert 0 ,02 mm (exper. bestimmt) Cl - rnaterialspezifische Konstante 0 ,65 68 HOB 5/91 Abb. 13: Oualitätsverhalten verschiedener Kreissägewerkzeuge C2 = materialspezifische Konstante =l/mm t.. = Zahnvorschub = u/nz 6.R = Rundlauffehler, t..P = Planlauffehler Die mit Hilfe der Beziehung (7) be- rechnete Größe des Kantenausbruches weicht maximal mit 34 % von den expe- rimentell bestimmten Werten ab. Eben- so wie experimentell nachgewiesen, ist der Einfluß des Rundlauffehlers doppelt so groß wie der eines gleich großen Planlauffehlers. Treten beide Fehlerar- ten gleichzeitig auf, dann addieren sie sich rechner sich auch so, als würden sie einzeln auftreten. Auch qualitativ be- schreibt die Länge "L " sehr gut die experimentell ermittelten Ergebnisse. Diese Betrachtungen gelten zunächst nur für scharfe Schneidzähne. Wie Ab- sturnpfungsuntersuchungen mit unter- schiedlichen Rund- und Planlaufabwei- chungen zeigten (Abb. 12), wird der Verschleiß einer Schneide, die infolge eines Rundlauffehlers herausragt, durch diesen nicht vergrößert. Lediglich die zurückgesetzte Schnei- de stumpft weniger ab, weil die Länge des von ihr zu durchlaufenden Spanbo- gens geringer ist. Da die Bearbeitungs- qualität demnach nicht durch einen ver- größerten Verschleiß beeinflußt wird, können die an scharfen Schneiden er- mittelten Wirkungen zur Beurteilung Abb. 14: REM-Aufnahme einer Schneide, V - 7000, nach [7] /.8 /8 , , .J'm .J'm / .. /.2 j 1.0 ! 0.8 0.6 /. SChar'19 kert \. ~ 0 •• 0.2 o , /2 ~ 10 ! : • / J ,/ ~ "'Rautet I' / Abb. 15: Einfluß der Schleifkomgröße auf Rauheit und Schartigkeit, nach [7] der Werkzeugqualität herangezogen werden. Untersuchungen zum StanChwegverhdten Standweguntersuchungen von Werk- zeugen des gleichen Herstellers erga- ben unter lndustriebedingungen bei ei- ner Verringerung des Rund- und Plan- lauffehlers von 0,3 mm auf etwa 0,02 mm eine Verlängerung des Stand- vorschubweges auf das Vierfache [6). Eine regelrechte Potenzierung des Einflusses des Rund- und Planlauffeh- lers wird erreicht, wenn die Schneiden- zahl vergrößert und die Rund- und Plan- lauffehler stark eingeengt werden (Abb. 13). In Abb. 13 ist das Ergebnis einer Untersuchung zweier Kreissägeblätter unterschiedlicher Hersteller dargestellt. Das Werkzeug des Herstellers A war mit z = 36 ausgerüstet, das von Hersteller B mit z = 60. Die Laufabweichungen (ge- messen von Zahn zu Zahn) des Werkzeuges des Herstellers A lagen im Bereich von 0,3 mm, die des Herstel- lers B lagen unter 0,03 mm. Während mit Werkzeugen des Herstellers A Vor- schubwege zwischen 2000 m und 2500 m erreicht wurden (Kriterium war ein Kantenausbruch der Größe 0,2 mm), arbeitete das Kreissägewerkzeug des Herstellers B bis zu Vorschubwegen von Abb. 16: Einfluß der AnzahJ der Hübe ohne Zustellung auf Rauheit und Schartigkeit, nach [7] 28 )lITJ 24 II 20 '" 18 ] /6 -? /4 .g 11 ~ 10 8 6 2 o 2.8 .J'm Z. Zl 2.0 1.8 '" /.6 ~ /.4 ~U 1.0 0.8 Q6 04 a 2 ~ L\ \ ~ I\. • '" !\\ I'-... ~t '" --- ~, r-- \ ',,:.- - • r"'- " . ~ , ""'--{.. ~ .. ...... '+---, 005/020 50 AnZDhI der Hube ohne Z