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5 Verhalten von Werkzeugmaschinen beim Rührreibschweißen
Schweißposition in und quer zur Schweißrichtung aufgrund des Pindurchmessers
meist keinen Einfluss auf das Schweißergebnis. Aufgrund der im Vergleich eher
geringen Kräfte in diesen Richtungen treten nur bei weichen Systemen wie z. B.
Industrierobotern problematische Abweichungen von der programmierten
Schweißbahn auf (VÖLLNER 2010). Durch die Robustheit vieler Werkzeugmaschinen
kommt dieser Effekt hier nicht zum Tragen. Für die Verformung in
Werkzeug-Achsrichtung gilt dies nicht. Hohe Prozesskräfte im Bereich von ca.
5 bis 20 kN bewirken eine elastische Verformung, die eine signifikante Auswirkung
auf den Prozess hat. Abbildung 5-2 stellt die relevanten Nachgiebigkeiten
am Beispiel des in dieser Arbeit betrachteten NC-Bearbeitungszentrums
(HELLER MCH 250) dar. Die Prozesskraft, die sich zwischen Werkstück und
Werkzeug einstellt, bewirkt eine Durchbiegung des Maschinenständers und dessen
Kippen auf den Führungen. Gleiches gilt für den einseitig aufgespannten
Spannwinkel, der sich durch die Prozesskraft verformt und über das Wälzlager
des Rundtisches kippt. Die Nachgiebigkeiten der Spindellagerung, des Werkzeugspannsystems
und der Führungen der y-Achse tragen ebenfalls zur Veränderung
der programmierten Werkzeugposition bei. Zusätzlich kommt es durch das
Tordieren des Antriebsstrangs der Vorschubachse zu einer Abweichung von der
programmierten Schlittenposition. Diese Differenz kann jedoch durch den Einsatz
von direkten Lagemesssystemen am Schlitten ausgeglichen werden.
Spannwinkel
Rundtisch
Schlitten
Durchbiegung
+ Kippen
Torsion
Nachgiebigkeit
Lager + Führungen
Prozesskraft
Kugelgewindemutter
Abbildung 5-2: Statische Verformung der benutzten Werkzeugmaschine beim
Rührreibschweißen
54
Ständer
Spindelwelle
Durchbiegung
+ Kippen
Drehmoment
z
x
y