Dünnwandige Teile deformationsarm spannen

28.09.2006 | Redakteur: MM

Flexible Futter mit Spannköpfen fixieren Werkstücke mit hoher Rundlaufgenauigkeit. In den letzten Jahren konnte man deutlich die Entwicklung zweier Trends im Drehbereich erkennen. Zum einen das...

Flexible Futter mit Spannköpfen fixieren Werkstücke mit hoher Rundlaufgenauigkeit.In den letzten Jahren konnte man deutlich die Entwicklung zweier Trends im Drehbereich erkennen. Zum einen das Zusammenfassen von verschiedenen Bearbeitungsverfahren innerhalb einer Maschine, zum anderen die Verlagerung von Fertigungsverfahren an sich, wobei die Zerspanung durch Gießen, Schmieden oder andere Formgebungsverfahren ersetzt oder zumindest reduziert wird (Near-Netshape-Technik). Unter dem Einfluss der NC-Technik hat sich die Anzahl der bearbeitungsbezogenen Maschinentypen ständig reduziert. Verstärkt wird diese Tendenz durch die Werkzeugentwicklung, die auch eine ständige Steigerung der Schnittwerte und Drehzahlen ermöglichen. Der Fertigungsplaner betrachtet heutzutage nicht den einzelnen Fertigungsschritt, sondern durchgängig den gesamten Aufwand vom Rohmaterial bis zum FertigteilSpindelflansche sind ausrichtbar Für diese Universal-Maschinen werden Werkzeuge mit mehreren Funktionen und flexible Spannmittel benötigt, weil auch Varianten mit kleineren Stückzahlen sinnvoll darauf bearbeitet werden können und sollen. Als flexibles Universal-Spannmittel galt früher das bekannte 3-Backen-Futter, weil es Außen- und Innenspannung sowie große Öffnungswege umsetzen konnte. Aber heute sind Rundlauf- und Spanngenauigkeit, Steifigkeit sowie Drehzahltauglichkeit und Umrüstfreundlichkeit die wichtigeren Eigenschaften. Und nicht nur bei den Universalmaschinen, sondern bei jeglicher Art von Produktionsmaschinen (Bild 1). Diese Anforderungen erfüllen Spanntop-Futter. Dabei werden Spannköpfe eingesetzt, die durch die axiale Bewegung des maschinenseitigen Zugrohres betätigt werden. Über den Innenkegel des Futterkörpers und den Spannkopf-Außenkegel wird eine radiale Öffnungs- und Schließbewegung durchgeführt. Durch diese kombinierte Axial-Radial-Bewegung wird das Werkstück bei Einsatz eines Anschlages auf denselben gezogen, wodurch eine extrem stabile Werkstückspannung entsteht. Bei steigender Drehzahl stützt sich der Spannkopf am massiven Futterkörper ab und sichert somit die Spannkraft. Das Backenfutter hingegen verformt sich mit zunehmender Drehzahl auf Grund der entstehenden Fliehkräfte.Die Rundlaufgenauigkeit der Standard-Futter liegt bei <0,01 mm und kann durch ausrichtbare Spindelflansche noch verbessert werden. Sollte das nächste Wekstück einen anderen Spanndurchmesser oder eine andere Werkstückform, beispielsweise sechskkant statt rund, haben, kann innerhalb von Sekunden der Spannkopf mittels einer pneumatischen Wechselhilfe oder einer handlichen manuellen Wechselhilfe getauscht werden, mit derselben Spanngenauigkeit. Muss das nächste Werkstück durch eine Innenspannung fixiert werden, so kann einfach ein Segment-Spanndorn eingesetzt werden. Diese Spanndorne haben denselben Spindelflansch wie die Spannfutter. Das minimiert die Umrüstzeiten. Beim Spanndorn sind die einzelnen verschleißfesten Segmente der Büchse gehärtet, in einer Aufspannung alle Funktionsflächen geschliffen und anschließend zusammen vulkanisiert. Durch diese Gummiverbindung erhält man einen bemerkenswerten Spannbereich sowie eine extrem gute Vibrationsdämpfung, die wiederum zu längeren Werkzeugstandzeiten führt. Alle Futter und Dorne können selbstverständlich mit Front-, Innenanschlag, Luftauflagekontrolle und innerer Kühlmittelzufuhr ausgerüstet werden.Die Anzahl der Aufspannungen kann auch durch den Einsatz der automatischen Exzenterfutter reduziert werden. Hainbuch hat zusammen mit einem namhaften Maschinenhersteller ein Futter entwickelt, bei dem die Werkstückachse exzentrisch zur Spindelachse innerhalb des Futters verstellt werden kann, ohne das Werkstück ausspannen zu müssen (Bild 2). Dies erfolgt mittels der maschinenseitigen C-Achse, ist also über die CNC programmierbar. Und das mit einer Wiederholgenauigkeit des Exzentermaßes von 0,03mm.Die früheren Rohteile waren in der Regel abgesägte Stangenteile, die anschließend aufwändig und massiv zerspant wurden. Heute sind die Rohteile Halbzeuge mit entsprechend reduziertem Zerspanungsvolumen. Die Vor-Form erhalten Rohteile durch Gießen, Schmieden, Kneten, Ziehen, Profil- oder Rundwalzen. Die Festigkeit der Werkstücke wird durch dieses Verformen stark erhöht und beim Zerspanen werden weniger Werkstofffasern durchgetrennt. Im Extremfall werden Blechteile miteinander reib- oder punktgeschweißt und als komplexes Gebilde auf der Drehmaschine nachbearbeitet. Diese Teile sind in der Regel hinsichtlich des Kraftflusses für ihren Einsatzfall ausgelegt, jedoch nicht für den Bearbeitungsfall. Dadurch sind die Spannkräfte, die solche Teile aufnehmen können, teilweise gering. Dieselben ungünstigen Voraussetzungen bringen die Forderungen nach immer leichteren Werkstücken mit immer dünneren Wanddicken mit sich. Und als Höhepunkt des Ganzen werden die Werkstücktoleranzen bezüglich Maß- und Formgenauigkeit drastisch verkleinert. Das zum Positionieren und zur Aufnahme der Bearbeitungskräfte erforderliche Halten von solchen dünnwandigen Werkstücken kann nicht mit einem Universalfutter oder -dorn durchgeführt werden. Eine deformationsarme Spannung, die gleichzeitig schwingungsdämpfend und im Idealfall für die Bearbeitung aussteifend wirkt, ist hier gefragt. Durch das Vor-Formen kann zusätzlich eine Unrundheit der Spannstellen auftreten, die es auszugleichen gilt.Modularer Aufbau reduziert Rüstzeiten Für diese kniffligen Einsatzfälle wurden die Spannsysteme Talement und Mandrex entwickelt. Das Grundelement hier ist auch Gummi. Dieser ist verformbar und passt sich seiner Umgebung - sprich der unrunden Bohrung - an. Selbstverständlich gilt das auch für die Außenspannnung, zum Beispiel von dünnwandigen Zylinderlaufbüchsen (Bild 3). Es gilt der Grundsatz: Spannt das Werkstück, aber verformt es nur minimal. Denn diese Verformung bringt meist eine zweite Verformung, nämlich beim Entspannen.Ein weiterer Schritt in Richtung Rüstzeitminimierung ist der manuell betätigte Spannstock Manok. Es werden dieselben Spannköpfe eingesetzt wie bei den rotatorischen Spanntopp-Spannfuttern, bieten also die gleiche Haltekraft, Wechselgenauigkeit, Steifigkeit und Vibrationsdämpfung.Der große Vorteil liegt aber am durchgängigen Spannsystem. Oft muss nach der Drehbearbeitung noch eine Bearbeitung auf einer Fräsmaschine oder auf einem Bearbeitungszentrum erfolgen. Jetzt kann bequem der Spannkopf mit der Wechselvorrichtung von der Drehmaschine entnommen und in den Spannstock eingesetzt werden. Die Weiterentwicklung der Spanntechnik muss parallel zur Fortentwicklung von Werkzeugen und Maschinen erfolgen. Denn nur mit entsprechend angepassten Spannmitteln lassen sich höhere Schnittwerte fahren, höhere Werkzeugstandzeiten erreichen oder die Bearbeitungszeiten noch weiter verkürzen.