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Mechanical machining of fiber reinforced plastics poses special challenges due to the heterogeneous and anisotropic material composition. Process strategies for the generation of drill holes, which aim at directing the resultant process forces toward the center of the workpiece, have been shown to obtain good machining results with less process induced damage. However, these strategies (e.g. wobble milling) might involve complex multiaxial tool movements and are thus very difficult to analyze and optimize. A voxel-based kinematic simulation program has been set up, which allows analyses of process forces for arbitrary milling operations based on the time-resolved determination of the cutting thickness and multivariate process force regression models. A basic analysis of the process of wobble milling is presented as well. It confirms that the resultant process forces are directed toward the center of the workpiece when the outer material layers are machined. The resultant force is directed in a favorable direction throughout the complete cut during the actual process step of wobble milling.

Kurzfassung Mechanisches Bohren von Kompositwerkstoffen kann auf Grund der Prozesskräfte zu Schädigungen der Bauteile, speziell an den Decklagen, führen. Die in der Regel flächigen Bauteile weisen hohe Festigkeiten in der Werkstückebene auf, sind allerdings wegen ihres heterogenen Aufbaus anfällig, wenn Kräfte senkrecht dazu eingeleitet werden. Besonders beim Bohren kann diese Problematik nur schwer umgangen werden. Vorhandene Ansätze reichen von speziell gestalteten Werkzeuggeometrien, der Verwendung von Abstützplatten bis zu mehrachsiger Bearbeitung in Form von Zirkularfräsen. Das gemeinsame Ziel dieser Ansätze ist es, die an den Decklagen nach außen wirkenden Axialkraftkomponenten zu reduzieren. Durch das hier vorgestellte Verfahren Taumelfräsen sollen im Gegensatz dazu die Kräfte nicht nur reduziert, sondern die an den Decklagen resultierenden Axialkräfte gezielt ins Werkstückinnere gerichtet werden. Damit lassen sich Bohrungen mit geringeren Decklagenschädigungen herstellen. In diesem Artikel werden die Prozesskinematik und die sich dadurch ergebenen Prozesskräfte analytisch beschrieben sowie experimentelle Referenzergebnisse vorgestellt.