Werkzeugspannsysteme Entscheidende Schnittstelle

Schwingungsdämpfung, Rundlaufgenauigkeit und Steifigkeit sind die zentralen Anforderungen an Werkzeugspannsysteme. Nur so kann die Schnittstelle zwischen Spindel und Werkzeug zu einer optimalen Zerspanung beitragen.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Fastems Systems GmbH

Schubert & Salzer Data GmbH

Bilz Werkzeugfabrik GmbH & Co.

Röhm GmbH

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Haimer GmbH

SCHUNK GmbH & Co. KG Spann- und Greiftechnik

MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

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Die Trends der spanenden Bearbeitung beeinflussen auch die Entwicklung bei Werkzeugspannsystemen. So verbessern Neuentwicklungen unter anderem die Oberflächengüte, machen das Mikrozerspanen bei engen Konturen wirtschaftlicher oder erhöhen die Genauigkeiten durch eine verbesserte Schwingungsdämpfung im Gesamtsystem Spindel, Spannsystem und Werkzeug.

„Heutige Werkzeugspannsysteme haben geometrisch eine Genauigkeit erreicht, die an die Grenze der Messbarkeit geht“, konstatiert Franz Ziegltrum, bei der Haimer GmbH verantwortlich für das Produktmanagement. Das Unternehmen aus Igenhausen arbeitet daran, bestehende Spannzeuge weiter zu verbessern. Ziel ist dabei, das optimale Futter für jede Zerspanung an der Leistungsgrenze der jeweiligen Spindel anzubieten. Für Ziegltrum liegt die größte Herausforderung derzeit bei der Auslegung der Spindelleistung. Vor allem, wenn er an die Bearbeitung von Aluminium und Kunststoff denkt. Dort wird gleichzeitig mit hoher Drehzahl und hohem Drehmoment gefahren.

Vorteile sieht der Haimer-Manager für aktive Systeme, die ihre Eigenschaften wie die Rundlaufeinstellung und das Schwingverhalten während der Bearbeitung ändern können. Aber eine brauchbare Lösung für die Energiezufuhr in das drehende Spannzeug zur Betätigung von Aktoren ist für ihn derzeit nicht in Sicht. Letztlich stellt sich auch die Frage nach der Wirtschaftlichkeit solcher Systeme. Weshalb Ziegltrum auf einfache Lösungen mit einem möglichst breiten Anwendungsspektrum setzt. Für Haimer sieht er durchaus noch ausschöpfbares Verbesserungspotenzial im Vibrationsverhalten des Gesamtsystems Spindel, Spannzeug und Werkzeug.

Michael Schinke, Servicemanager bei der zur LMT-Gruppe gehörenden Bilz Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG in Ostfildern, identifiziert einen Schwerpunkt in der optimalen Gestaltung der Kühlmittelübergabe von der Werkzeugspindel zur Werkzeugschneide bei der Minimalmengenschmierung (MMS) in Kombination mit einer möglichen Prozessoptimierung durch einen schnelleren Werkzeugwechsel. Damit treibt Bilz einen Entwicklungsprozess voran, der insbesondere in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung großen Erfolg verspricht. „Die kostenoptimierenden Effekte der MMS und die prozessoptimierenden Effekte der Schnellwechselsysteme führen zu einer Verkürzung der Rüstzeiten um ein Drittel“, hebt Schinke hervor.

Im Moment gibt es für die Minimalmengenschmierung noch keine Norm. Bilz arbeitet in Kooperation mit LMT-Schwesterfirmen an einem internen Standard. Ein weiterer Ansatz: Die Entwicklung von Schrumpffuttern für alle Schafttoleranzen. Damit sollen die Systemvorteile hohe Steifigkeit und gute Dämpfungseigenschaften mit möglichst wenigen Futtern bei möglichst vielen unterschiedlichen Schäften zum Tragen kommen.

Höhere Qualität zu niedrigeren Kosten

Jochen Ehmer, Geschäftsbereichsleiter Spanntechnik der Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen, sieht die Trends der spanenden Fertigung in den Bereichen Geschwindigkeit, Qualität und Kosten. „Das erfordert Hochleistungskomponenten, insbesondere auch an der entscheidenden Schnittstelle zwischen Maschine und Werkstück“, sagt Ehmer und verweist vor allem auf die Polygonspanntechnik von Schunk, die schon eine Vielzahl von Kundenanforderungen löst. Dazu gehören vor allem hohe Spindeldrehzahlen bis 80 000 min-1, hohe Rundlaufgenauigkeit kleiner 0,003 mm, hohe Radialsteifigkeit und zugleich eine überzeugende Schwingungsdämpfung.

Schwingungsdämpfende Werkzeughaltersysteme mit dauerhafter Rundlaufgenauigkeit und hoher Steifigkeit sind für ihn die zentralen Anforderungen an zukünftige Systeme. Eine Steigerung der Perfektion ermöglicht den Kunden Einsparungen, die beinahe viermal so hoch wie der Preis eines Werkzeughalters selbst sein können. „Höhere Qualität zu niedrigeren Kosten – das ist unser Ziel auch für die Entwicklungen der kommenden Jahre“, erklärt Ehmer.

HSK weiterhin Werkzeugschnittstelle der Zukunft

Den Hohlschaftkegel (HSK) sieht Andreas Reinauer, Produktspezialist Spanntechnik bei der Mapal Dr. Kress KG in Aalen, weiterhin als Werkzeugschnittstelle der Zukunft. Mit der neuen T-Norm wird sie sich auch bei stehenden Werkzeugen durchsetzen, weil Genauigkeit und Steifigkeit der Schnittstelle überzeugen. In der manuellen Spanntechnik und der rotierenden Anwendung ist HSK als Hochleistungs- und Hochgenauigkeitsschnittstelle bereits etabliert. Mapal arbeitet deshalb an neuen Lösungen für bestimmte Anwendungssituationen, zum Beispiel an der besseren Zugänglichkeit im Maschinenraum.

In der stehenden Anwendung ergibt sich durch den HSK ein enormes Potenzial durch das mögliche Reduzieren von Werkzeugwechsel- und Rüstzeiten. Ziel dabei: die Aufnahme stehender und angetriebener Werkzeuge ohne Umbauten am Revolver. Das kommt dem Trend hin zu Drehmaschinen mit Frässpindeln entgegen. Spindel und Revolver können mit derselben Schnittstelle ausgerüstet und damit Werkzeuge, die sonst nur auf dem Revolver zum Einsatz kommen, auch auf der Spindel eingesetzt werden.

Ein weiteres, wichtiges Feld: der Werkzeugwechsel. Damit er nicht zum Risikofaktor wird, muss er prozesssicher und einwandfrei erfolgen. Eine wichtige Einflussgröße auf die Genauigkeit des Werkzeugwechsels ist die Sauberkeit der Schnittstelle. Dazu braucht man eine genaue, schnelle und störungsarme Spanerkennung in der Maschine, um die Kontrollzeiten zu verkürzen und Ausschuss zu verhindern. Für die Prozessüberwachung und -analyse des Spannvorgangs entwickelt Mapal zusammen mit dem Antriebsspezialisten Aradex das Konzept Clamp-by-Wire. Allerdings ohne Sensoren, denn die werden als anfällige Störquelle in der Maschine angesehen. Dafür fällt bei dieser Lösung das Tellerfederpaket weg und damit erreicht man eine hohe Wuchtgüte und mehr Schnelligkeit.

Verzicht auf Federpaket erhöht die Steifigkeit

Eugen Hangleiter, Produktmanager bei der Röhm GmbH, Sontheim, arbeitet an innovativen Verriegelungseinheiten für die Werkzeugschnittstellen HSK und Capto. Er favorisiert dabei den Ersatz des labilen Elements Feder durch eine kompakte Einheit. Die soll rotationssymmetrisch und selbsthemmend sein und damit eine dauerhaft sichere Verriegelung garantieren. Durch zentrisch geführte Bauteile ergibt sich eine hohe Wuchtqualität, das neue System wird HSC-tauglich und ausreichend steif für die Schwerzerspanung sein.

„Über einen kurzen Kraftfluss ohne die Elastizität eines Federpakets wird in Kombination von Spannsatz und Verriegelungseinheit höchste statische und dynamische Steifigkeit für die Schnittstelle erreicht“, verspricht Eugen Hangleiter und denkt auch über neue Techniken bei der Betätigung der Verriegelung nach. Bei Röhm beschäftigt man sich mit elektronischen Systemen, wie Linearantrieben und Hybridsystemen mit Wege- und Kraftaktoren mit integrierten Kontrollen.

Robert Wouters ist freier Fachjournalist in München.

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