Maßnahmen gegen Unwucht

Moderne Bearbeitungsverfahren stellen höchste Anforderungen an die Wuchtgüte und Rundlaufgenauigkeit von Werkzeughaltern. Eine hohe Wuchtgüte sorgt für maximale Laufruhe selbst bei hohen Drehzahlen, und gewährleistet auf diese Weise beste Bearbeitungsergebnisse. Zudem werden Schwingungen reduziert, die Maschinenspindel wird geschont und der Standweg der Werkzeuge erhöht sich. Als Weltmarktführer in der Spanntechnik übernimmt Schunk auch hier eine Vorreiterrolle. Alle Schunk-Werkzeughalter sind serienmäßig feingewuchtet auf eine erstklassige Wuchtgüte G 2.5 bei 25.000 1/min. Die Auswuchtmessmaschine Acuro ermöglicht zusätzlich das Wuchten der Werkzeughalter inklusive Schneidwerkzeug.

Unwucht sind umlaufende Kräfte, die bei sich drehenden Körpern entstehen, wenn deren Massen unsymmetrisch um einen Mittelpunkt he-rum verteilt sind. Rotiert ein Massekörper um eine Drehachse, entstehen stets nach außen wirkende Fliehkräfte. Ist die Masse im Rotationskörper gleichmäßig verteilt, heben sich die Fliehkräfte gegenseitig auf und der Körper bleibt während der Rotation an Ort und Stelle (zum Beispiel ein Kreisel). Ist die Masse dagegen ungleichmäßig verteilt, wirken zusätzliche Kräfte und Momente – umgangssprachlich als „Unwucht“ bezeichnet – auf den Körper, die eine Relativbewegung des Rotationskörpers zur Drehachse verursachen. Ist der Körper fixiert, kommt es zu einer Belastung der Lagerungen. Es gibt zwei Formen der Unwucht, die auch in Kombination auftreten können: Statische und dynamische Unwucht. Stellt man sich den Massekörper als schmale Scheibchen mit der Masse mi vor, so befinden sich die Schwerpunkte im gleichen Abstand ri und in der gleichen Richtung zur Drehachse. Bei einer statischen Unwucht hat das zur Folge, dass der Schwerpunkt des Rotationskörpers nicht auf der Drehachse liegt, sondern die zentrale Hauptträgheitsachse parallel im Abstand e zur Drehachse liegt. Somit wirken bei Rotation Fliehkräfte senkrecht zur Drehachse, die nicht mehr ausgeglichen werden. Es entsteht die Unwucht Ui, die als Produkt aus der Punktmasse mi und deren Abstand ri von der Drehachse definiert ist. Bereits im Stillstand lässt sich diese statische Unwucht messen, zum Beispiel mit einer Auswuchtwaage für Schleifscheiben. Bei der dynamischen Unwucht liegt der Schwerpunkt des Rotationskörpers zwar auf der Drehachse, die Hauptträgheitsachse ist aber nicht parallel, sondern in einem bestimmten Winkel dazu. Der Grund dafür ist, dass der Schwerpunkt der einzelnen Scheibchen nicht auf der Drehachse liegt. Diese Scheibchen haben daher, jedes für sich betrachtet, Unwucht erzeugende Fliehkräfte. Die Unwuchtkräfte addieren sich zwar zu Null, das heißt, es entstehen keine Kräfte in seitlicher Richtung, da sie aber auf parallelen Wirkungslinien liegen, führen sie zu einer Momentenbelastung des Rotationskörpers. Bei der Rotation entsteht deshalb ein so genanntes Biegemoment. Es kommt infolgedessen zu einer ungleichmäßigen, taumelnden Drehbewegung. Die dynamische Unwucht ist nur bei einem sich drehenden Rotationskörper messbar. Bei technischen Rotationskörpern liegt meist eine allgemeine dynamische Unwucht, das heißt, eine Kombination aus statischer und dynamischer Unwucht. Hier liegen die Drehachse und die Massenträgheitsachse schief zueinander. In DIN ISO 1940-1 sind die Grundlagen der Unwuchtmessung und des Auswuchtens festgelegt. Die Genauigkeit einer Auswuchtung wird mit der Wuchtgüte G angegeben. Die Wuchtgüte gilt immer nur für eine bestimmte Betriebsdrehzahl des Rotors. Aus Wuchtgüte, Betriebsdrehzahl und Gewicht des Rotors wird die zulässige Restunwucht berechnet. Eine Unwucht bei Werkzeughaltern entsteht, wenn Konstruktions-, Zeichen-, Material-, Fertigungs- oder Montagefehler vorliegen. Zudem kann aber auch die konstruktiv-technische Auslegung des Werkzeughalters und des Werkzeugs zu einem nichtrotationssymmetrischen Körper führen. Dies ist beispielsweise auch bei einer unsymmetrischen Bauweise des Werkzeughalters etwa aufgrund einer Greiferrille nach DIN 69871 oder einer Spannschraube bei Weldon-Aufnahmen der Fall. Im Bereich der zerspanenden Bearbeitung ist besonders die Unwucht des Gesamtsystems Werkzeughalter-Werkzeug von Interesse. Untersuchungen namhafter Forschungsinstitute wie des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) in Darmstadt, haben gezeigt, dass sich Werkzeughalter mit einer großen Unwucht bei der Zerspanung in mehrfacher Hinsicht negativ auswirken (schlechtere Oberflächenqualität bei den bearbeiteten Werkstücken durch Vibrationen am Werkzeughalter, Schwingungen am Werkzeughalter, Einschränkung der erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten, abnehmende Fertigungsgenauigkeit oder Verkürzung der Standzeit der Werkzeuge durch ungleichmäßige Schneidenabnutzung). Um diese negativen Auswirkungen zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Werkzeughalter oder besser noch den Werkzeughalter mit eingespanntem Werkzeug entsprechend der technisch machbaren und wirtschaftlich sinnvollen Wuchtgüte auszuwuchten. Beim Auswuchten wird die unsymmetrische Masseverteilung des Werkzeughalters wieder ausgeglichen. Das kann auf dreierlei Weise geschehen: Anbringen von Masse, Entfernen von Masse oder Verstellen von Masse. Ziel des Auswuchtens ist es, Lagerkräfte, Lagerschwingungen und Wellenverformungen auf akzeptable Werte zu begrenzen. Um die schädlichen Einflüsse der Unwucht möglichst zu vermeiden, liefert Schunk seine Werkzeughalter serienmäßig feingewuchtet auf G 2.5 bei 25000 1/min. Maßgebend hierfür sind die Wuchtempfehlungen des Arbeitskreises Wuchten der Deutschen Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschung, der auch Schunk angehört. Um eine Unwucht auszugleichen, muss diese zunächst mit Messverfahren analytisch ermittelt werden. Hierzu eignet sich beispielsweise die Auswuchtmessmaschine Acuro von Schunk. Mittels Kraftsensoren misst sie die auftretenden Fliehkräfte und berechnet die Unwucht sowie den notwendigen Unwuchtausgleich. Die Messung kann dabei einfach, mit Spindelkompensation oder mit Umschlagsmessung erfolgen. Die Umschlagsmessung ist die zeitintensivste Methode. Sie liefert aber auch die genausten Ergebnisse und berücksichtigt sogar eine mögliche Schrägstellung des Werkzeugs. Nach der Messung der Unwucht zeigt die Acuro Auswuchtmaschine die genaue Position der Unwucht sowie Vorschläge zu deren Beseitigung. Bei jeglicher Form des Wuchtens von Werkzeughaltern gilt es, eine Abwägung zwischen dem technisch Machbaren und dem wirtschaftlich Sinnvollen zu treffen. Eine sinnvolle Wuchtgüte ist überschritten, sobald der Rundlauffehler der Maschinenspindel oder die Wiederholgenauigkeit beim Werkzeughalterwechsel die hervorragende Wuchtqualität des Werkzeughalters wieder zunichte machen würde.

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