Kurzen Prozess machen

Effiziente Hochleistungszerspanung erfordert eine optimierte Prozesskette. Wenn Dr. Uwe Schleinkofer, Leiter des Geschäftsbereichs Zerspanung und Entwicklung der Plansee Tizit AG im österreichischen...

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Effiziente Hochleistungszerspanung erfordert eine optimierte ProzessketteWenn Dr. Uwe Schleinkofer, Leiter des Geschäftsbereichs Zerspanung und Entwicklung der Plansee Tizit AG im österreichischen Reutte, über die Versuchsergebnisse beim Hochgeschwindigkeitszerspanen von Aluminium mit neuen Wendeplatten-Schaftfräsern spricht, wie kürzlich auf der 10. Österreichischen HSC-Tagung, gerät er ins Schwärmen: ,,Unsere umfangreichen Tests zeigten hervorragende Ergebnisse, so erzielten wir Spanvolumina bis 7000 cm3/min und Schnittgeschwindigkeiten bis 6000 m/min, bereits im ersten Testdurchgang erreichten die Oberflächengüten Finish-Qualitäten, Schlichtoperationen mit Hartmetallwerkzeugen konnten entfallen."Auch hinsichtlich der Standzeiten weiß er nur Gutes zu berichten, sie seien einfach exzellent. Der einzige ,,negative" Effekt während der Tests: ,,Beim Fräsen von Taschen mit solchem Tempo haben die Späne ,,Sandstrahlwirkung", erzählt Schleinkofer. ,,In etwa 20 Sekunden war der Lack im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine ab." Kein Grund, das Tempo nicht noch weiter zu steigern. Derzeit ist Schleinkofer mit seiner Mannschaft dabei, Werkzeuge zu entwickeln, die in puncto Aluminiumzerspanung neue Bestmarken setzen sollen: ,,Wir peilen Zerspanungsraten von 10000 cm3/min an."Die ,,fertigungstechnische Welt" dreht sich also immer schneller, wie auch eine Entwicklung des Schweizer Werkzeugherstellers Dihart zeigt. Im Blickfeld der Entwicklungsingenieure stand dabei allerdings nicht die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, sondern die Hochleistungszerspanung, also ein im Vergleich zu HSC mäßigeres Plus an Schnittgeschwindigkeit, dafür aber eine größere ,,Portion" an Vorschub. Die neuen mehrschneidigen Reibahlen stecken Vorschubwerte bis 5 m/min locker weg bei Oberflächengüten kleiner als 1,6 µm. In vielen Fällen kann aufs Schleifen verzichtet werden, das drückt die Durchlaufzeiten nach unten und spart Geld.,,Das größte Einsparpotenzial in der spanenden Fertigung liegt in der Bearbeitungszeit, die durch die Hochgeschwindigkeitszerspanung deutlich reduziert werden kann", konstatiert denn auch Dr. Wolfgang Kalss, Chef der Forschung und Entwicklung des Beschichtungsspezialisten Balzers.Belastbare Beschichtungen mindern den VerschleißDie höheren Werkzeugkosten durch zunehmenden Verschleiß spielen seiner Auffassung nach eine untergeordnete Rolle. Leistungsfähige Beschichtungen halten den Verschleiß eh in erträglichen Grenzen, wie Kalss am Beispiel des Konturfräsens einer Form aus dem Werkstoff X155CrVMo12-1 mit einem Kugelkopffräser praktisch untermauert: ,,Während Hartmetall-Kugelkopffräser bereits nach etwa 80 Standmetern Verschleißmarkenbreiten von 300 µm aufweisen, schaffen Fräser mit unserer Balinit-Xtreme-Beschichtung bei gleichem Verschleißwert rund 400 m, mit der neuen Beschichtung Balinit-Xceed gar 600 m Standweg."Er ergänzt: ,,Auch beim Schlichten von Inconel mit Schnittgeschwindigkeiten von 300 m/min steigerte unsere neue Beschichtung die Standzeit um rund 27% im Vergleich zur üblichen TiAlN-Schicht." Ebenso beeindruckend die Leistungsfähigkeit von beschichteten Bohrern mit 1,5 mm Durchmesser: Mit 20000 Touren und einem Vorschub von 5m/min ,,jagen" sie ins Werkstück - nahezu vergleichbar dem Stanzen von Bohrungen. Werkzeuge lassen heutzutage hinsichtlich der Leistung kaum Wünsche offen. ,,Derzeit haben in puncto Leistung die Werkzeuge im Vergleich zu den Werkzeugmaschinen die Nase vorn", meint Dipl.-Ing. Kurt Brenner, Leiter Technik der Iscar GmbH, und hat dabei auch die neuen Iscar-Wendeplatten-Schaftfräser Feedmill im Blick, die unglaubliche 3,5 mm Vorschub je Zahn verkraften.Mit hohem Tempo Schruppen und SchlichtenFräswerkzeuge ermöglichen es beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau zunehmend aufs sonst übliche Erodieren zu verzichten. So können heutzutage Formen und Werkzeuge mit Festigkeiten bis 2000 N/mm2 durchaus geschruppt, vorgeschlichtet und fertig geschlichtet werden. Freilich, beim Fräsen von Freiformflächen, der ,,Königsdisziplin" in der Zerspantechnik, ist die Höhe der Schnittgeschwindigkeit allein nicht entscheidend, wenn es um die Fertigungseffizienz geht.,,Kürzere Produktzyklen und größere Variantenvielfalt verlangen eine effiziente Prozesskette im Werkzeug- und Formenbau", weiß Dip.-Ing. (FH) Olaf Heinz, Sachgebietsleiter Maschinen- und Werkzeugtechnologie der Braun GmbH in Kronsberg. ,,Wir sind derzeit dabei, ein integriertes Datenmanagement in einer optimierten, geschlossenen CAD/ CAM-Prozesskette zu realisieren. In Verbindung mit einer modernen 5-Achs-Fräszelle möchten wir den Zeitraum von der Konstruktion bis zur Abmusterung der Werkzeuge und Formen von derzeit etwa 18 Wochen auf zehn Wochen drücken."Entscheidend für die Bearbeitungszeit ist auch die Leistungsfähigkeit des CAD/CAM-Systems, denn die Güte der CAD-Daten beeinflusst die Qualität der CAM-Daten und damit die Fräsbahnen. ,,Bei der Entwicklung von CAM-Systemen für den HSC-Bereich lässt sich noch ein großes Verbesserungspotenzial erschließen", stellt Carsten Stroh, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe ,,Digitale Prozesskette" der Uni Darmstadt, fest.Betrachte man die Ergebnisse, die mit unterschiedlichen Bearbeitungsstrategien erzielt werden, so zeigen sich krasse Unterschiede. Stroh nennt Fakten eines Vergleichs: ,,Die Bearbeitungsstrategie ,A' erforderte eine Programmierzeit von 5,5 Stunden, die Bearbeitung des Werkzeugs dauerte sechs Stunden bei gutem Fertigungsergebnis; mit der Strategie ,B' dauerte die Programmierung vier Stunden, die Fertigungszeit 24 Stunden! Und das Fertigungsergebnis war schlecht." Strohs Fazit: ,,Mit angepassten Bearbeitungsstrategien kann die Bearbeitungszeit drastisch reduziert werden." Seiner Meinung nach müssen CAM-Systeme mehr als bisher den Anwender beim Programmieren unterstützen.In dieser Hinsicht haben CAM-Systeme bereits einiges zu bieten, wie Dipl.-Ing. Stefan Jais, Technischer Leiter der Westcam Datentechnik GmbH im österreichischen Mils, mit Blick auf das System von Open Mind schwärmt: ,,Es bietet eine einzigartige Durchgängigkeit von Konstruktion, 21/2D-, 3D und 5-Achs-Simultanbearbeitung, komplexe Flächen-, Volumen- und Drahtmodelle können mit den integrierten CAD-Funktionen erstellt oder aus anderen Systemen importiert werden."Weitere Vorteile, die moderne CAD/CAM-Systeme bieten, sind beispielsweise automatische Restmaterialerkennung und -abarbeitung. Das reduziert die Bearbeitungszeiten. Durch die Möglichkeit, mit sphärischen Fräsern und Scheibenfräsern Hinterschnitte und schwer zugängliche Stellen bei der 3-Achsbearbeitung zu fertigen, kann aufwändiges Programmieren von angestellten Werkzeugen entfallen.Fertigungsdatenbanken verkürzen ProgrammierzeitWissensbasierte Fertigungsdatenbanken, wie sie der CAD/CAM-Spezialist Tebis entwickelt, werden die NC-Programmierung extrem vereinfachen. In solchen Datenbanken sind werkstückspezifisch die Werkzeugfolgen, Frässtrategien mit Zerspanparametern und NC-Parameter gespeichert. Im CAD-Modell sind bestimmten Geometrieelementen bearbeitungsrelevante Begriffe zugeordnet, beispielsweise ,,offene Tasche in Werkstoff Aluminium".Die Vorzüge dieser so genannten Feature-Technik erläutert Tebis-Mitarbeiter Michael Klocke: ,,Die einzige Tätigkeit, die der Bediener zur NC-Programmerstellung ausführt, ist die Auswahl der Feature-Objekte und das Erteilen des Berechnungsbefehls, der Rest geschieht automatisch." Es entstehen wegoptimierte NC-Programme, die nach verwendeten Werkzeugen und Ausrichtungen sortiert sind. Klocke konkretisiert den Rationalisierungseffekt: ,,Diese Technik ist im Werkzeug- und Formenbau in der Einführungsphase und ermöglicht in der Grundkörperbearbeitung bereits Zeiteinsparungen von 50% und mehr.Wenn es darum geht, die Produktivität zu steugern, geraten auch zunehmend multifunktionale Werkzeugmaschinen mit schnellen Steuerungen, hochdynamischen Achsantrieben und hochtourigen Hauptspindeln ins Blickfeld von Fertigungstechnikern. ,,Unsere neuen Werkzeugmaschinen zur Komplettbearbeitung von runden und kubischen Werkstücken vereinen Drehmaschine, Bearbeitungszentrum, Bohrzentrum und, wenn vom Anwender gewünscht, auch die Funktionen einer Härteanlage und einer Schleifmaschine", nennt Dr. Wolfhart Kaestner, Leiter Engineering der Yamazaki Mazak GmbH in Göppingen, die ,,Charaktereigenschaften" solcher Multitalente, deren Steuerungen via Internet und Intranet eine ortsunabhängige Mensch-Maschine-Kommunikation ermöglichen.In Verbindung mit dem Produktionsdatenmanagementsystem von Mazak lassen sich Durchlaufzeiten verkürzen und der Informationsfluss beschleunigen. ,,Die Verschmelzung von Werkzeugmaschine und IT-Technik" so Kaestners Überzeugung, ,,steigert die Effizienz in der Fertigung beträchtlich." Wer sich beim Zerspanen also vorwiegend aufs Tempo kapriziert, lässt einen großen Teil des Rationalisierungspotenzials brach liegen, das letztlich nur durch eine Optimierung der gesamten Prozesskette erschlossen werden kann.