Skip to main content
SpringerLink
Log in

Untersuchung der thermischen Wirkungen beim orthogonalen Zerspanen

  • Chapter
  • First Online:
Intelligent produzieren

  • 6328 Accesses

Zusammenfassung

Der vorliegende Artikel behandelt Ergebnisse von theoretischen und experimentellen Untersuchungen über die thermischen Einflüsse auf das Verhalten der beteiligten Maschinenstruktur und der Zerspantemperatur in den primären, sekundären und tertiären Zerspanzonen beim orthogonalen Zerspanen. Die mit Hilfe der FE-Methode des Programms „ANSYS“ gewonnenen Simulationsergebnisse werden mit den ermittelten experimentellen Daten verglichen und verifiziert. Die Ermittlung der Zerspantemperaturen erfolgte mittels halbkünstlicher Thermopaare, wobei entweder das Werkstück oder das Werkzeug einen Schenkel des Thermopaars bildet. Die Ergebnisse können sowohl als Hilfsmittel für das Konstruieren und Auslegen der Zerspanwerkzeuge als auch für die Untersuchung der Zerspanprozesse im Allgemeinen eingesetzt werden.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 119.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Hardcover Book
USD 89.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. Bonse, R.: Indirekte Kompensation thermoelastischer Verformungen an Werkzeugmaschinen. Sonderschau "Produktionstechnik von morgen" METAV 92, S. 15, Düsseldorf 1992

    Google Scholar 

  2. Bonse, R.: Thermisches Last-Verformungsverhalten von Werkzeugmaschinen. RWTH Aachen, Shaker Verlag 1999, ISBN 3-8265-6102-3

    Google Scholar 

  3. Brenner, P.: Modellordnungsreduktion für strukturmechanische FEM-Modelle von Werkzeugmaschinen. Arbeitsbericht, Fakultät für Mathematik, TU Chemnitz 2008

    Google Scholar 

  4. Bryan, J.: International Status of Thermal Error Research. Annals of the CIRP 39 (1990) 2, S. 645 – 656

    Google Scholar 

  5. Davies, M.A.; Ueda, T.; M’Saoubi, R.; Mullany, B; Cooke, A.L.: On the Measurement of Temperature in Material Removal Processes. Annals of the CIRP, Vol. 56/2, pp. 581 – 604, 2007

    Google Scholar 

  6. de Haas, P.: Thermisches Verhalten von Werkzeugmaschinen unter besonderer Berücksichtigung von Kompensationsmöglichkeiten. Berlin: Techn. Universität, Diss., 1975

    Google Scholar 

  7. De Witt, D. P.; Nutter, G. D.: Theory and Practice of Radiation Thermometry. Wiley, New York, 1988

    Google Scholar 

  8. Denkena, B; Scharschmidt K.-H.: Kompensation thermischer Verlagerungen. Wt Werkstattstechnik online, Springer-VDI-Verlag, Düsseldorf, 2007, S. 913 – 917

    Google Scholar 

  9. Dürr, H.; Hoyer, K.; Hanke, M.: Thermisches Bauteilverhalten bei der Trockenbearbeitung. VDI-Z – Integrierte Produktion, Band 147 Heft 11/12, 2005, S. 32 – 34

    Google Scholar 

  10. Fang, G.; Zeng, P.: Three-dimensional thermo-elastic-plastic coupled FEM simulations for metal oblique cutting processes. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 168, pp. 42 – 48, 2005

    Google Scholar 

  11. Fleischer, F.; Broos, A.: Parameteroptimierung bei Werkzeugmaschinen – Anwendungsmöglichkeiten und Potentiale. Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 1.0 – 2./3. Dezember 2004

    Google Scholar 

  12. Fleischer, J.; Pabst, R.; Kelemen, S.: Heat Flow Simulation for Dry Machining of Power Train Castings. Annals of the CIRP, Vol. 56/1, pp. 117 – 122, 2007

    Google Scholar 

  13. Frohmüller, R.; Knoche, H-J.; Lierath, F.: Aufbau und Erprobung von Temperaturmesseinrichtungen durch das IFQ im Rahmen des Schwerpunktprogramms Spanen Metallischer Werkstoffe mit hoher Geschwindigkeit. In: Spanen metallischer Werkstoffe mit ho-hen Geschwindigkeiten Kolloquium des Schwerpunktprogramms der DFG, pp. 108 – 115, 1999

    Google Scholar 

  14. Gebert, K.: Ein Beitrag zur thermischen Modellbildung von schnelldrehenden Motorspindeln. PTW – TH Darmstadt, Shaker Verlag, 1997

    Google Scholar 

  15. Großmann, K.; Jungnickel, G.: Structure based models for the correction of thermal deformations of machine tools. Production Engineering, Band 9 (2002) Heft 2, S. 109 – 114

    Google Scholar 

  16. Großmann, K.; Jungnickel, G.: Instationäres thermoelastisches Verhalten von Vorschubachsen mit bewegtem Wälzkontakt. IWM – TU Dresden, 2003

    Google Scholar 

  17. Gruber, R.; Knapp, W.: Temperatureinflüsse auf die Werkzeugmaschinen-Genauigkeit, Werkstatt und Betrieb, Band 131 (1998) Heft 11, S. 1049 – 1052

    Google Scholar 

  18. Grzesik, W.; Nieslony, P.; Bartoszuk M.: Comparative Assessment of the Tool Temperature Prediction using Analytical and Simulation Models. In: Proceedings of the 8th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations, Chemnitz, pp. 659 – 666, 2005

    Google Scholar 

  19. Grzesik, W.: Determination of Temperature Distribution in the Cutting Zone Using Hybrid Analytical-FEM Technique. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 46, pp. 651 – 658, 2006

    Google Scholar 

  20. Guserle-R.; Alvarez, C.; Mauermann, H.; Schedl, M.; Ansorge, F.; März, M.: Multidisziplinäre Simulation und Optimierung mechatronischer Systeme am Beispiel einer Werkzeugmaschine, Tagungsband IFM, Augsburg 2005

    Google Scholar 

  21. Handbuch zur Temperaturmessung mit Thermoelementen und Widerstandsthermometern; TC Meß- und Regeltechnik GmbH, Mönchengladbach, 2001

    Google Scholar 

  22. Heisel, U.: Ausgleich thermischer Deformationen an Werkzeugmaschinen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 1980.

    Google Scholar 

  23. Heisel, U.; Popov, G.; Stehle, T.; Draganov, A.: Wärmeübergangsbedingungen an Werkzeugmaschinenwänden. dima - die maschine 4 (2003), S. 24 – 27

    Google Scholar 

  24. Herbst, U.: Analyse und Kompensation thermoelastischer Verlagerungen. RWTH Aachen, Shaker Verlag 2002, ISBN 3-8322-0298-6

    Google Scholar 

  25. Hoppe, S.: Experimental and numerical analysis of chip formation in metal cutting. Dissertation, RWTH Aachen, 2003

    Google Scholar 

  26. Horn, R.: Thermische Einflüsse auf die Arbeitsgenauigkeit von CNC-Drehmaschinen mit Beton- und Gußeisengestellen. Magdeburg: Techn. Hochschule, Diss. A, 1985

    Google Scholar 

  27. http://www.ansys.com

  28. Ichimiya, R.; Yokoyama, K.; Watanabe, Y.: Experimental Study on Thermal Deformations of Machine Tool. Research Report of the Faculty of Engineering, No. 25, Niigata University, 1976

    Google Scholar 

  29. Jedrezejewski J.: Heat Sources - Modelling and Reduction in Advanced Machine Tools. In: Proc. of 7th Workshop on Thermal Behaviour Intelligent Diagnostics and Supervising of Machining Systems (1996), S. 5 – 17

    Google Scholar 

  30. Jen, T.-C.; Anagonye, A.U.: An Improved Transient Model of Tool Temperatures in Metal Cutting. Transactions of the ASME, Vol. 123, pp. 30 – 37, 2001

    Google Scholar 

  31. Kitagawa, T.; Kubo, A.; Maekawa, K.: Temperature and Wear of Cutting Tools in High-speed Machining of Inconel 718 and Ti-6Al-6V-2Sn. Wear, 202, pp. 142 – 148

    Google Scholar 

  32. Körtvelyessy, L.V.: Thermoelement Praxis. Vulkan Verlag, Essen, 1981

    Google Scholar 

  33. Mackerle, L.: Finite-element Analysis and Simulation of Machining: a bibliography (1976 – 1996). Journal of Materials Processing Technology, Vol. 86, pp. 17 – 44, 1999

    Google Scholar 

  34. Marusich, T.D.: Trends in machining modeling. Third Wave AdvantEdge International Users’ Conference, Dearborn, pp. 1 – 25, 2005

    Google Scholar 

  35. McKeown, P.A.; Weck, M.; Bonse, R.: Reduction and Compensation of Thermal Errors in Machine Tools. Annals of the CIRP Vol 44 (1995) 2, S. 1 – 10

    Google Scholar 

  36. Möhring, H.-C.: Erweitere Strukturmodellbildung für Werkzeugmaschinen mit komplexer Struktur. Mechatronik: Optimierungspotenzial der Werkzeugmaschine nutzen. Seminarberichte, Garching, 21.09.2006

    Google Scholar 

  37. Müller, G.; Groth, C.: FEM für Praktiker. Band 1:Grundlagen. Expert-Verlag, 2000.

    Google Scholar 

  38. Müller, G.; Groth, C.: FEM für Praktiker. Band 3 Temperaturfelder: Grundlagen. Expert-Verlag, 2000

    Google Scholar 

  39. Müller, B.: Thermische Analyse des Zerspanens metallischer Werkstoffe bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Dissertation RWTH Aachen, 2004

    Google Scholar 

  40. Nestmann, S.: Mittel und Methoden zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen. iwb-Seminarberichte, 2006

    Google Scholar 

  41. Neugebauer, R.; Weidermann, F.; Nestmann, S.: A Modelling Approach to Optimize the Thermal Behaviour of Machine Tool Components. Production Engineering9/1 (2002), Berlin, WGP

    Google Scholar 

  42. Pascher, M.: Kompensation thermisch bedingter Verlagerungen an Werkzeug-maschinen: Teil 1. Industrie-Anzeiger 106 (1984) 75, S. 55 – 56

    Google Scholar 

  43. Popov, G.: Untersuchung und Modellierung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen. Dissertation zur Erlangung des Grades „Dr.-Ing. habil“, TU Sofia, 2001

    Google Scholar 

  44. Potdar, Y.K.; Zehnder, A.T.: Measurements and Simulations of Temperature and Deformation Fields in Transient Metal Cutting. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 125, pp. 645 – 655, 2003

    Google Scholar 

  45. Richardson, D.J.; Keavey, M.A.; Dailami, F.: Modeling of cutting induced workpiece temperatures for dry milling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 46, pp. 1139 – 1145, 2006

    Google Scholar 

  46. Rosetto, S.; Koch, U.: On Investigation of Temperature Distribution on Tool Flank Surface. Annals of the CIRP XVIV, 1971, pp. 551 - 557

    Google Scholar 

  47. Schmitt, T.: Modell der Wärmeübertragungsvorgänge in der mechanischen Struktur von CNC-gesteuerten Vorschubsystemen. TH Darmstadt, Dissertation 17, Shaker Verlag, 1996

    Google Scholar 

  48. Söhner, J.: Beitrag zur Simulation zerspanungstechnologischer Vorgänge mit Hilfe der Finite-Element-Methode. Dissertation, Universität Karlsruhe, 2003

    Google Scholar 

  49. Spur, G.: Optimierung des Fertigungssystems Werkzeugmaschine. München, Wien: Carl Hanser Verlag, Fortschritte der Fertigung auf Werkzeugmaschinen, Bd. 3, 1972

    Google Scholar 

  50. Spur, G.; Heisel, U.; Lechler, G.: Methods for Reducing Thermal Influences of the Accuracy of Machine Tools. Proceedings of the 3rd International Conference on Production Engineering Kyoto, 1977, S. 10 - 22, Tokyo: J.S.P.E.

    Google Scholar 

  51. Stehle, T.: Prüfung von Werkzeugmaschinen unter thermischer Beanspruchung. Schriftliche Fassung der Vorträge zum Fertigungstechnischen Kolloquium 1991 in Stuttgart, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 1991, S. 157 – 158

    Google Scholar 

  52. Stehle, T.: Berechnung thermischer Verformungen und Verlagerungen an Werkzeugmaschinen und Möglichkeiten zur Kompensation. Bd. 13: Berichte aus dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart. Tübingen: Köhler, 1998, Stuttgart, Universität, Diss., 1998

    Google Scholar 

  53. Vieregge, G.: Zerspanung der Eisenwerkstoffe. Verlag Stahleisen M.B.H., Düsseldorf, 1970

    Google Scholar 

  54. Wätzig, R.: Korrektur- und Kompensationssysteme an Werkzeugmaschinen. Fertigungstechnik und Betrieb, Berlin 42 (1992) 1, S. 4 – 6

    Google Scholar 

  55. Warnecke, G.; Oh, J.-D.: A New Thermo-Viscoplastic Material Model for FiniteElement-Analysis of the Chip Formation Process. In: Annals of the CIRP, Vol. 51/1, pp. 79 – 82, 2002

    Google Scholar 

  56. Weck, M.; Eckstein, R.: Hallenklima beeinflusst Arbeitsgenauigkeit. Industrie-Anzeiger 108 (1986) 72, S. 56 – 58

    Google Scholar 

  57. Weck, M.: Werkzeugmaschinen. Band 5: Messtechnische Untersuchung und Beurteilung, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 2001, S. 197 – 215

    Google Scholar 

  58. Weck, M.: Werkzeugmaschinen. Band 4: Steuerungstechnik von Maschinen und Anlagen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 2001

    Google Scholar 

  59. Weck, M., Herbst, U., Hirsch, P.: Kompensation thermoelastischer Strukturverformungen. wt Werkstattstechnik, 2002, S. 327 – 332

    Google Scholar 

  60. Weidermann, F.: Praxisnahe thermische Simulation von Lagern und Führungen in Werkzeugmaschinen. CAD-FEM Users’ Meeting 20, 2002

    Google Scholar 

  61. Weidermann, F.: Thermische Simulation von bewegten Teilen an Werkzeugmaschinen. CAD-FEM Users’ Meeting 20, 2002

    Google Scholar 

  62. Weinert, K.; Grünert, S.: Wärmeverteilung beim Bohren. wt Werkstattstechnik Band 96 (2006) Heft 10, S. 778 – 781

    Google Scholar 

  63. Xie, L.: Estimation of Two-dimension Tool Wear Based on Finite Element Method. Dissertation, Universität Karlsruhe, 2004

    Google Scholar 

  64. Zaghbani, I.; Bouzid, W.; Sai, K.: A Thermo-Mechanical Coupled F.E.M Model for Orthogonal Cutting. In: Proceedings of the 8th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations, Chemnitz, pp. 139 – 145, 2005

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. 70174, Stuttgart, Deutschland

    Dr. Sc. M. Storchak & Dr.-Ing. T. Stehle

Authors
  1. Dr. Sc. M. Storchak
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Dr.-Ing. T. Stehle
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to M. Storchak .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. , Institut für Werkzeugmaschinen, Universität Stuttgart, Holözgartenstraße 17, Stuttgart, 70174, Germany

    Steffen Braun

  2. , Institut für Werkzeugmaschinen, Universität Stuttgart, Holzgartenstraße 17, Stuttgart, 70174, Germany

    Walther Maier

  3. , Institut für Werkzeugmaschinen, Universität Stuttgart, Holzgartenstraße 17, Stuttgart, 70174, Germany

    Simone Zirkelbach

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2010 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Storchak, M., Stehle, T. (2010). Untersuchung der thermischen Wirkungen beim orthogonalen Zerspanen. In: Braun, S., Maier, W., Zirkelbach, S. (eds) Intelligent produzieren. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-13101-1_29

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation