Untersuchung von Werkzeugschnittstellen für Fräsmaschinen unter Betriebsbedingungen

Bergs, Christian Siegfried; Brecher, Christian; Jacobs, Georg

doi:HT031387365

Untersuchung von Werkzeugschnittstellen für Fräsmaschinen unter Betriebsbedingungen = Investigation of tool interfaces for milling machines under operating conditions

Bergs, Christian Siegfried^RWTH*

2026

VerantwortlichkeitsangabeChristian Bergs

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-320-4

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 2025,25

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Druckausgabe: 2026. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University. - Weitere Reihe: Werkzeugmaschinen. - Weitere Reihe: Edition Wissenschaft Apprimus

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Brecher, Christian (Thesis advisor)^RWTH* ; Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-11-12

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-00627
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1025242/files/1025242.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Fräsmaschinen (frei) ; HSK (frei) ; PSC (frei) ; SK (frei) ; Werkzeugschnittstellen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Werkzeugschnittstellen erfahren in Werkzeugmaschinen verschiedene Lastkollektive, unter denen sie weiterhin ihre Funktionen erfüllen müssen. Um die verfügbaren Werkzeugschnittstellen vergleichen zu können, wurden verschiedene Methoden entwickelt und Kennwerte definiert, die bisher allerdings weitgehend im Stillstand angewendet wurden. Diese Arbeit widmet sich zunächst der Auswirkung der Rotation auf die statischen Biegeeigenschaften, der Rotation auf die inneren Kontaktverhältnisse und schlussendlich dem Einfluss der Werkzeugschnittstelle auf den Bearbeitungsprozess. Um das Biegeverhalten von Werkzeugschnittstellen unter Rotation untersuchen zu können, ist eine Erweiterung bekannter Untersuchungsmethoden erfolgt und ein geeigneter Prüfstand gebaut worden. Bei den ersten Untersuchungen zeigen sich grundlegende Effekte, durch die sich das statische Verhalten in der Rotation vom Stillstand unterscheidet. Die darauf aufbauenden vergleichenden Untersuchungen genormter Werkzeugschnittstellen und einer maximal steifen monolithischen Werkzeugschnittstelle geben einen Überblick über das Biegeverhalten bei verschiedenen Drehzahlen. Der Kontaktverlust des HSK-Kegels unter hohen Drehzahlen ist bisher nicht praktisch nachgewiesen worden. Um den Nachweis zu führen, wurde ein Versuchswerkzeug entwickelt, welches durch Flüssigkeitsaustritt die Bildung von Spalten in der Kegelverbindung anzeigt. Die simulativen Untersuchungen und die Versuche an Maschinenspindeln zeigen das bereichsweise Abheben, sodass die anschließende Diskussion der Auswirkung auf die Maschinensicherheit notwendig wird. Abschließend wird der Einfluss der Werkzeugschnittstelle auf die Steifigkeit der Gesamtmaschine durch ein Ersatzmodell und Messungen an verschiedenen Maschinen eingeordnet. Die Abdrängung im Fräsprozess veranschaulicht diese Einordnung anhand praktischer Versuchsergebnisse, die sich mit den Untersuchungen zum dynamischen Prozessverhalten vergleichen lassen.

Tool interfaces for Machine Tools are exposed to various load collectives and must still fulfill their purpose safely. In order to compare the variety of available tool interfaces, different methods have been developed and characteristic values defined, most of which have been applied at standstill only. In this thesis the influence of rotation on the static bending behavior is investigated first. Then the changes of the internal contact conditions at higher rotational speeds are investigated before the influence of the tool interface on the machining process is examined. In order to be able to investigate the bending behavior of tool interfaces under rotation, the established investigation methods have been developed further and a suitable test rig has been built. The first investigations show fundamental effects which lead to a significantly different behavior under rotation than at standstill. Based on these results, further comparative investigations of standardized tool interfaces and a monolithic maximal rigid tool interface provide an overview of the bending characteristics at different speeds. The loss of contact in the HSK-taper under high speeds has not been practically proven yet. To prove the loss of contact, a test tool was developed, which allows to detect the spill of a fluid when gaps in the taper contact occur. The simulations in combination with the results gained from tests with conventional machine spindles show the aerial lift-off in the taper contact, which motivates the subsequent discussion on the effects of these gaps on the functional safety of the machines. The final investigations allow a classification of the influence of the different tool interfaces on the overall machine stiffness using a simplified homologous model, which was used with measurement data from different machines. The tool deflection in milling processes illustrates this classification in a practical approach, which is supported by the investigations of the dynamic process stability with different tool interfaces.

OpenAccess:
PDF
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