Werkzeugverwindung

Werkzeugverwindung bezeichnet in der Zerspanung die Verdrehung eines Werkzeugs um seine Längsachse infolge torsionaler Lasten während des Bearbeitungsprozesses. Sie tritt insbesondere bei langem Werkzeugüberhang auf und kann zu Positionsabweichungen der Schneidkante, Ungenauigkeiten bei der Bauteilgeometrie und schlechter Oberflächengüte führen. Die Verwindung hängt von Werkzeugmaterial, Geometrie, Halterungsteifigkeit und den Bearbeitungsparametern ab.

Ursachen sind torsionale Spannungen, die durch Schnitt- und Vorschubkräfte entstehen, sowie Reibung und thermische Gradienten während der Bearbeitung. Wichtige Einflussfaktoren sind Werkzeuglänge und -durchmesser, Flötengeometrie, Schaftdurchmesser, Halterungssteifigkeit, Maschineneigenschaften, Schnitttiefe, Drehzahl, Vorschub und die Elastizität des Werkstücks. Schwingungen und das Auftreten von Schneckschwingungen können die effektive Torsionsbelastung zusätzlich erhöhen.

Messung und Analyse erfolgen durch Drehmomentsensoren an der Spindel, Dehnungsmessstreifen am Werkzeughalter oder In-Situ-Haltesysteme. Numerische Modelle, insbesondere Finite-Elemente-Analysen, unterstützen die Bewertung von Verdrehungen und der daraus resultierenden Verformungen unter konkreten Bearbeitungsbedingungen.

Maßnahmen zur Reduktion der Werkzeugverwindung umfassen die Verringerung des Überhangs, den Einsatz steiferer oder dickerer Werkzeughalter, die Optimierung von Schnitttiefe, Drehzahl und Vorschub, sowie den Einsatz von Werkzeugen mit erhöhter Steifigkeit oder geeigneten Beschichtungen. Wärmeintensive Prozesse sollten gekühlt werden, um thermische Gradienteneffekte zu minimieren. Zudem helfen vibrationsdämpfende Halterungen und eine stabile Maschinenausführung, die Verdrehung zu begrenzen.