Werkzeugspannung Die richtige Auswahl des Werkzeughalters erschließt Qualitäts- und Kostenpotenziale

Autor / Redakteur: Jochen Ehmer / Rüdiger Kroh

Durch die Werkzeugspannung werden zahlreiche Faktoren wie Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität, Rüstzeiten und Werkzeugverschleiß beeinflusst. Damit ist der Werkzeughalter letztlich auch für die Qualität und Kosten des gefertigten Werkstücks mit verantwortlich.

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Als entscheidende Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine hat der Werkzeughalter Einfluss auf die Qualität des gefertigten Werkstücks. Bild: Schunk
Als entscheidende Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine hat der Werkzeughalter Einfluss auf die Qualität des gefertigten Werkstücks. Bild: Schunk
( Archiv: Vogel Business Media )

Es ist beinahe wie beim Sport: Über Sieg oder Niederlage in der Fertigung entscheidet das letzte Tausendstel. Der Werkzeughalter ist in der Zerspanung die entscheidende Schnittstelle zwischen dem Werkzeug auf der einen und der Maschine auf der anderen Seite.

Die Auswahl des für die individuelle Anwendung besten Werkzeugspannmittels beeinflusst zahlreiche Faktoren: Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität, Rüstzeiten, Werkzeugverschleiß – und damit letztlich die Qualität des gefertigten Werkstücks und die Kosten, um es herzustellen.

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So individuell wie die einzelne Bearbeitung, so individuell ist auch die Auswahl des passenden Werkzeughalters. Es gibt keinen Werkzeughalter, der alles perfekt beherrscht. So bietet Schunk fünf verschiedene Präzisionswerkzeughaltersysteme an.

Dieses Total-Tooling-Programm sichert den Kunden für jede denkbare Zerspanungsaufgabe eine kosten- und rüstzeitoptimierte Spannlösung. Die Werkzeughalter decken von der Mikrozerspanung bis zum High-Speed-Cutting (HSC) ein breites Spektrum ab und umfassen sowohl hochwertige Präzisionshalter als auch preiswerte Universallösungen.

Rundlauf entscheidet über Maßhaltigkeit der Werkstücke

Die Präzisionsspannfutter sind aus Stahl gefertigt, serienmäßig feingewuchtet und bieten eine hohe Rundlaufgenauigkeit. Sie rücken nicht nur den Werkstücken, sondern auch den Kosten zu Leibe. Die damit erzielbaren Bearbeitungskosten liegen deutlich unter denen traditioneller Systeme, denn die Halter erhöhen die Werkzeugstandzeiten, während sie gleichzeitig die Rüstzeiten reduzieren. Im Vergleich zu einem Spannzangenfutter etwa erreichen die Tendo-Hydro-Dehnspanntechnik (Bild 1) und die Tribos-Polygonspanntechnik (Bild 2) allein durch den verringerten Werkzeugverschleiß Einsparungen von bis zu 27%.

Die Präzisions-Werkzeughaltersysteme von Schunk weisen ebenso wie Warmschrumpffutter oder Präzisionsspannzangen eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit auf. Während der Nutzer von günstigen Spannzangenfuttern beim Rundlauf Abstriche in Kauf nehmen muss, ermöglichen die Präzisionsfutter ein absolut genaues Arbeiten am Werkstück und erzielen so beste Maßhaltigkeit.

Hydro-Dehnspannfutter und Polygonspannfutter mit geringem Rundlauf

Aufgrund der Spanntechnik gibt es aber auch hier Unterschiede. Versuche zeigen, dass Warmschrumpffutter wegen der thermischen Einwirkung auf das Material nach und nach an Rundlaufgenauigkeit verlieren, während die mit Öl gespannten Hydro-Dehnspannfutter oder die dauerelastisch gespannten Polygonspannfutter auch nach vielmaligem Werkzeugwechsel stets einen Rundlauf unter 0,003 mm sicherstellen.

Bei der Schwingungsdämpfung weisen die Werte der einzelnen Werkzeughaltersysteme eine extreme Bandbreite auf. Vom sehr starren Warmschrumpffutter bis hin zum stark dämpfenden Tribos-R-Polygonspannfutter reicht das Spektrum. Während beim Warmschrumpfen das Werkzeug und der Werkzeughalter beinahe eine homogene Verbindung ohne wesentliche schwingungsdämpfende Eigenschaft aufweisen, sorgt beim Polygonspannfutter die Kammerbauweise in Verbindung mit schwingungsdämpfenden Einsätzen in den Hohlkammern um den Spanndurchmesser für eine sehr ruhige Bearbeitung.

Ähnliche Vorteile zeigen die Universalspannfutter Sino-T und Sino-R aufgrund ihrer Spanneinsätze aus Kunststoff. Auch die Tendo-Hydro-Dehnspanntechnik erzielt aufgrund des Kammersystems sehr gute Werte. Für den Anwender zahlt es sich aus, wenn er auf dämpfende Spanntechnik setzt. Aufgrund der Dämpfung wird der Schneideneingriff der Werkzeuge verbessert.

Das schont die Werkzeuge und sorgt auf diese Weise für lange Werkzeugstandzeiten. Versuche bei Schunk zeigen, dass sich die Werkzeugstandzeiten aufgrund der besseren Schwingungsdämpfung um bis zu 47% verlängern lassen (Bild 3). Zudem profitiert der Anwender von glatten Oberflächen ohne Rattermarken.

Werkzeughalter mit Schwingungsdämpfung schonen Maschinenspindel

Ein weiterer Vorteil bei Werkzeughaltern mit Schwingungsdämpfung ist der Einfluss auf die Maschinenspindel. Während schwach gedämpfte Systeme die Schwingungen direkt auf die Spindel übertragen, wirken Werkzeughalter mit Schwingungsdämpfung wie ein Puffer. So wird die Spindel und damit eines der teuersten Bauteile der Maschine geschont, die Lebensdauer verlängert sich.

Bei schweren Zerspanaufgaben wirken hohe radiale Kräfte auf den Werkzeughalter ein. Wer ein hohes Zerspanvolumen in kurzer Zeit erzielen will, ist gut beraten, wenn er auf Systeme setzt, die diesem radialen Druck gewachsen sind. Die Warmschrumpftechnik Celsio, das Universalspannfutter Sino-R und das Polygonspannfutter Tribos-R sind Spezialisten in diesem Bereich. Alle weisen eine hohe Radialsteifigkeit auf und halten auch dann souverän ihren Kurs, wenn es etwas gröber zugeht. Die beiden Letzteren leisten dies zudem bei sehr guter Schwingungsdämpfung.

Für Anwender, die häufig Werkzeuge ein- und ausspannen, spielen bei der Wahl des passenden Werkzeughalters auch die Rüstzeiten eine beachtliche Rolle. Ohne Peripheriegeräte, deren Anschaffungspreis beispielsweise für eine Warmschrumpfanlage leicht bei rund 10 000 Euro liegt, kommen Spannzangenaufnahmen, Sino-Universalspannfutter und Tendo-Hydro-Dehnspannfutter aus. Bei ihnen genügt ein einfacher Haken- oder Sechskantschlüssel, um das Werkzeug binnen einer halben Minute zu wechseln.

Etwas aufwändiger, aber immer noch sehr schnell, ist die Neubestückung bei der Tribos-Polygonspanntechnik. Am längsten brauchen Warmschrumpffutter, bis sie mit einem neuen Werkzeug ausgestattet sind. Dort liegt die Rüstzeit inklusive Abkühlen der erhitzten Werkzeughalter bei bis zu zehn Minuten. Bei vielen Umrüstvorgängen schlägt dies negativ zu Buche.

Schneller Werkzeugwechsel für kurze Rüstzeiten

Je kleiner oder verwinkelter die Werkstücke werden, desto bedeutsamer sind Baugröße und Störkontur des Werkzeughalters. Besonders für Zerspanaufgaben in engen Räumen eignen sich das schlanke Tribos-S-Polygonspannfutter und das superschlanke Tendo-LSS-Hydro-Dehnspannfutter. Beide sind auch für den HSC-Bereich gebaut und können bei hohen Drehzahlen eingesetzt werden.

Die sehr schlanke Tribos-SVL-Werkzeugverlängerung (Bild 4) ermöglicht in Kombination mit verschiedenen Spannfuttern den Zugang in verwinkelte und enge Werkstücke. Mit einem Rundlauf kleiner als 0,003 mm macht die Verlängerung in vielen Fällen den Einsatz teurer Sonderwerkzeuge überflüssig.

Zur Spannung von Werkzeugen mit einem Schaftdurchmesser ab 0,3 mm für die Mikrozerspanung bietet Schunk den Tribos-Mini an. In der Medizintechnik, im Formenbau, in der Elektro- und Uhrenindustrie eignet sich der Winzling für filigrane Arbeiten.

Schonende Werkzeughalter ermöglichen Einsparungen

Schunk hat einen Härtetest mit Werkzeughaltern gemacht, in dem unterschiedliche Systeme auf die Probe gestellt wurden. Das Ergebnis: Der Werkzeughalter hat maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Werkzeugen und auf die Beanspruchung der Maschinenspindel. Schonende Werkzeughaltersysteme erweisen sich als Kostenbremse und bieten enormes Einsparpotenzial.

Zu Beginn stehen zwar die Anschaffungskosten der Werkzeughalter im Vordergrund. Hinzu kommen jedoch die auf die Zeit bezogenen Kosten des Werkzeugs. Überraschend ist der geringe Einfluss der Werkzeughalterkosten auf die gesamten Zerspanungskosten, wie ein Vergleich von Hydro-Dehnspannfuttern mit Warmschrumpffuttern zeigt: Trotz geringerer Bezugskosten von Warmschrumpffuttern im Vergleich zu Hydro-Dehnspannfuttern sind die aufgelaufenen Bearbeitungskosten bei Verwendung von Tendo-Hydro-Dehnspannfuttern bereits nach 19 Bearbeitungsstunden niedriger. Zwischen dem günstigsten und dem teuersten getesteten System liegt damit bei einer Nutzungsdauer von 100 Stunden eine Kostendifferenz von 771 Euro (Bild 5). MM

Jochen Ehmer ist Geschäftsbereichsleiter Spanntechnik bei der Schunk GmbH & Co. KG in 74348 Lauffen/Neckar

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