Spannmittel Miniatur-Spanntechnik erschließt die Mikrobearbeitung

Redakteur: Güney Dr.S.

Miniatur-Spanntechnik erschließt die Mikrobearbeitung. Nicht nur in der Elektronik- und Medizintechnik, sondern auch im Maschinenbau schreitet die Miniaturisierung der Produkte voran.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Nicht nur in der Elektronik- und Medizintechnik, sondern auch im Maschinenbau schreitet die Miniaturisierung der Produkte voran. Sie birgt für Unternehmen enorme Wachstums-Chancen. Marktstudien schätzen die jährlichen Wachstumsraten der Mikrosystemtechnik auf etwa 20% bei einem Marktvolumen von aktuell 30 Mrd. Euro. Dank hoher Innovationen und Investitionen in Forschung und Entwicklung der Mikrosystemtechnik nimmt Deutschland hier einen Spitzenplatz ein. Um dieses Potenzial auch für den Mittelstand zu nutzen müssen Forschungsleistungen im Verbund angestrebt und durchgeführt werden. Die dabei entstehenden Ideen müssen beherrschbar und in Produkte umsetzbar sein.Verbundprojekt forciert EntwicklungEin Beispiel dafür ist das Verbundprojekt „Mimikri“ (Mikrowerkzeug- und Mikromessmaschinen für die prozesssichere Herstellung von Mikrobauteilen), getragen vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe. Das Ziel des Verbundprojektes ist die Erstellung und Validierung von Lösungsansätzen für die Maschinen- und Prozesstechnik zur Fertigung und Qualitätssicherung von komplexen, dreidimensionalen Mikrostrukturen in schwer bearbeitbaren Materialien. Als wesentliche Ergebnisse gehen aus dem Projekt Funktionsmuster einer CNC-Mikrofräsmaschine, eines CNC-Mikrodrehautomaten, einer Mikromess-Maschine sowie Schnittwerttabellen für die Mikrozerspanung. Auch die Schunk GmbH & Co. KG ist Partner dieses Projektes und trägt mit eigenen Entwicklungen zum erfolgreichen Abschluss bei. Ergebnis der Mitarbeit des schwäbischen Spannspezialisten sind zwei Entwicklungen:- Ein Mikroschraubstock, mit dem sich Spannkräfte direkt am Werkstück mit Dehnungsmessstreifen und einer Auswerteelektronik messen lassen. Die Spannkraft kann über eine fein verstellbare Spindel im Bereich von 0 bis 2 N stufenlos eingestellt werden. Dadurch wird es möglich, auch hoch empfindliche Mikrobauteile aus Glas oder Keramik kontrolliert und parallel zu spannen. Der große Spannbereich von bis zu 20 mm und die kompakte Bauform ermöglichen einen universellen Einsatz in der Mess- und Medizintechnik. - Ein auf der Grundlage der bewährten Tribos-Polygonspanntechnik entwickelter Werkzeughalter, der Werkzeugschäfte mit Schaftdurchmessern von 0,3 mm spannen kann. Spannbar sind ganz gewöhnliche h6-Schafttoleranzen, wie sie bei Standard-Hartmetall- oder HSS-Werkzeugen üblich sind. Die kleinen Spanndurchmesser ab 0,3 mm aufwärts gibt es mit der Maschinenschnittstelle HSK-E 25, HSK-E 32 oder HSK-E 40 sowie als universelle Werkzeugverlängerung. Lösungen für kundenspezifische Anwendungen können, dank des großen Erfahrungsschatzes von Schunk, im direkten Kontakt mit dem Anwender realisiert werden.Durch den Trend zur Miniaturisierung und der immer schneller laufenden Werkzeugmaschinenspindeln können einige bis dahin dem Stand der Technik angehörende Verfahren abgelöst werden. So kann das Erodieren durch Zerspanung mit geometrisch bestimmten Schneiden in vielen Fällen ersetzt werden. Natürlich haben kleine Werkzeuge und hochgenaue Spannmittel einen wesentlichen Anteil daran. Die Drehzahlen der Hochfrequenzspindeln sind zusätzlich notwendig, weil bei kleinen Werkzeugdurchmessern, mit Radien die unter 0,1 mm liegen, die notwendigen Schnittgeschwindigkeiten sonst nicht aufgebracht werden können.Die Verwendung eines geeigneten Werkzeugspannsystems bei Schaftdurchmessern unter 6 oder gar unter 3 mm war bisher mit verschiedenen Hindernissen behaftet. Erhältlich waren bisher nur Spannzangenaufnahmen, Bohrfutter und Warmschrumpffutter, die alle negative Systemeigenschaften, speziell bei den kleinen Spanndurchmesser, haben. Fertigen von Mikroteilen erfordert Mini-WerkzeugeBeim Einsatz von kleinen Werkzeugen ist auch meist das zu bearbeitende Werkstück und der vorhandene Arbeitsraum klein bemessen. Somit sind Spannsysteme, schon von Haus aus groß dimensioniert, meist nicht geeignet. So ist beispielsweise beim Spannzangenfutter der Außendurchmesser der Überwurfmutter ausschlaggebend für die Erreichbarkeit am Werkstück. Beim Bohrfutter, das nicht minder klein baut, ist überdies die Rundlaufgenauigkeit indiskutabel. Beim Warmschrumpffutter verhindert die Wärmeeinwirkung auf das Werkzeug das mögliche Entspannen, weil der Werkzeugschaft sich genauso wie der Werkzeughalter ausdehnt und damit nicht entspannt werden kann.Indessen wurden beim Tribos genau diese Punkte beachtet und verbessert. Wie die gesamte Tribos-Familie nutzen auch die kleinsten Mitglieder das Prinzip der elastischen Rückstellkräfte des Werkzeughalterstahls zum sicheren und schnellen Spannen der Schaftwerkzeuge. Die Dauerrundlauf- und Wechselwiederholgenauigkeit liegt bei <3 µm. Durch den absolut rotationssymmetrischen Aufbau ist eine minimale Grundunwucht gewährleistet. Natürlich sind Unwuchtuntersuchungen für den klassischen Anwender in der Zerspanung bei einem Stückgewicht von weniger als 100 g sehr schwierig. Bei diesen kleinen Aufnahmen bewegten sich die gerade noch messbaren Unwuchten im Bereich von 0,1 bis 0,5 gmm!Gespannt werden die Werkzeugschäfte innerhalb von 20 s mit einer manuellen oder automatischen Spannvorrichtung. Weil das Tribos-System keine beweglichen Teile enthält, ist es vollständig wartungsfrei und erfreut den Anwender mit einer langen Lebensdauer. Mit den neuen Varianten erschließt sich Tribos die typischen, mikrotechnischen Zerspanungen, wie in der Uhren- und Schmuckindustrie, im Formenbau, Medizin- und Elektrotechnik oder in der Senkelektrodenfertigung. Ebenso können nun Werkzeughersteller kleinere Schaftdurchmesser als die bis dahin üblichen 1 oder 3 mm bei Fräs- und Bohrwerkzeugen herstellen und anbieten. Schon bauen die ersten Werkzeughersteller ihre Entwicklungen neuer Bohrer oder Fräser auf das Vorhandensein der Spannmöglichkeit ab 0,3 mm auf. Interessant ist dabei, den Werkzeugschaft im Durchmesser an die Schneide anzugleichen und somit Material, aber auch Schleifzeiten bei der Herstellung einzusparen.

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