Grundlagenuntersuchungen zur Herstellung von 3D-Formkörpern aus Massivholz mittels Kugelfräswerkzeugen und 5-Achs-Bearbeitungszentren

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Dreidimensionale Freiformkörper aus Massivholz und Kunststoffen mittels 3- bzw. 5-Achs- Bearbeitungszentren herzustellen ist eine anspruchsvolle und schwierige Aufgabe. Bei Massivholz gibt es kritische Schnittrichtungen, die nur eine schlechte bzw. unzureichende Bearbeitungsqualität ermöglichen. Die bisherigen Forschungsaktivitäten bestanden darin, Frässtrategien zu entwickeln, bei denen kritische Schnittrichtungen weitgehend vermieden werden. Diese Verfahrensweise ist allerdings nur bei einem sehr kleinen Teil der Werkstücke möglich, da in der Regel 3D-Formkörper aus lamellenartig verleimten Holzelementen herausgearbeitet werden, wodurch ständig wechselnde Schnittrichtungen zu verzeichnen sind. Die Lage der Lamellen und deren spezielle Wuchsrichtung in einem CAD/CAM-Programm zu berücksichtigen, ist praktisch nicht realisierbar. Der Ansatz zur Lösung besteht in der Nutzung kleiner Einstellwinkel im Bereich der Qualitätsbildung. Die Wirkung von Kugelfräswerkzeugen bei der Erzeugung von Freiformflächen ist unter Berücksichtigung der Fräsergeometrie noch weitgehend unerforscht. Durch eine Vergrößerung des Radius des „Kugelfräsers“ und Neigung um einen Voreilwinkel, erfolgt die Qualitätsbildung bei kleinen Einstellwinkeln und höheren Schnittgeschwindigkeiten, so dass, wie eigene Voruntersuchungen bestätigen, eine deutliche Verbesserung der Bearbeitungsqualität erreicht werden kann. Der wissenschaftliche Handlungsbedarf besteht darin, den Einfluss der Werkzeugbauform (Schneidengeometrie, Schneidenzahl und Radius der Stirnschneiden) sowie der zerspanungstechnischen Einstellparameter (Spurbreite, Bearbeitungszugabe, Schnittgeschwindigkeit, Kipp- und Voreilwinkel) bei der Bearbeitung von 3D-Formkörpern aus Massivholz in den kritischen Schnittrichtungen hinsichtlich erzielbarer Bearbeitungsqualität wissenschaftlich aufzuklären. Durch ein Vergrößern des Schneidenradius im qualitätsbildenden Bereich, ist eine gravierende Verringerung der kinematischen Welligkeit bei erheblich vergrößerter Spurbreite prinzipiell möglich.