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Werkzeugfutter

Polygones Futter sorgt für hohe Laufruhe beim Fräsen

| Autor/ Redakteur: Joachim Müller /

Im Turbinenbau werden an die Futter als Schnittstellen zwischen Werkzeugmaschine und Werkzeug hohe Anforderungen gestellt, weil die Oberflächengüte von Turbinen erheblich über deren Einsatzmöglichkeiten und Wirkungsgrad entscheidet. Im Rahmen des Total-Tooling-Programms bietet Schunk die Möglichkeit, Halter für Fräser und andere Präzisionswerkzeuge zu testen. Ein solcher Versuch bei der Kühnle, Kopp & Kausch AG hat gezeigt, dass die Tribos-Polygonspanntechnik beim Fräsen den bisher eingesetzten Warmschrumpffuttern deutlich überlegen ist.

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Auf den Hermle-Bearbeitungszentren produziert KK&K Turbinenräder bis zu einem Durchmesser von 700 mm.
Auf den Hermle-Bearbeitungszentren produziert KK&K Turbinenräder bis zu einem Durchmesser von 700 mm.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Kühnle, Kopp & Kausch AG (Siemens Power Generation) fertigt Turbomaschinen – Turbinen, Verdichter und Ventilatoren. In der Abteilung Serienfertigung Kleinteile werden Turbinenlaufräder, Düsenringe und Führungsgehäuse produziert. Gearbeitet wird auf zwei Hermle-Bearbeitungszentren C40 U und C 800 U mit Spindeldrehzahlen von jeweils 10000 min-1. Auf diesen Maschinen werden auf einem C-Tisch Turbinenräder bis 700 mm Durchmesser bearbeitet, vorrangig wird gefräst.

Fräsen mit Werkzeugen von 2 bis 20 mm Durchmesser

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Die Werkzeugdurchmesser liegen zwischen 2 und 20 mm. Bei einem Werkzeugdurchmesser von 10 mm werden folgende Schnittdaten gefahren: Drehzahl n = 1200 min-1, Vorschub F = 128 mm/min, Zustellung ap = 3 – 4 mm, Zerspandauer 3 bis 4 Schichten. Diese Werte bedeuten, dass etwa 40 Stunden Zeit für den Fräsvorgang benötigt werden. Bei Turbinen bestehen hohe Anforderungen bezüglich der Präzision und der Oberflächenqualität. Nur so ist letztlich ein hoher Wirkungsgrad zu erzielen. Die Turbinenräder sind aus Chrom-Molybdän-Formenbaustahl gefertigt.

Polygonspanntechnik spielt Vorteile beim Fräsen aus

In Versuchen stellte sich heraus, dass es erhebliche Unterschiede zwischen einzelnen Werkzeugfuttern gibt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Tribos-Polygonspanntechnik den bisher eingesetzten Warmschrumpffuttern beim Fräsen deutlich überlegen ist. Ein Test ergab die folgenden Vorteile: Bei gleicher Fräsgeschwindigkeit weist Tribos einen deutlich ruhigeren Lauf auf. Aufgrund der sehr guten Schwingungsdämpfung werden Vibrationen und damit auch Rattermarken reduziert, die Oberfläche der Werkstücke wird wesentlich glatter als bei Warmschrumpffuttern.

Das Verfahren ermöglicht gegenüber dem Warmschrumpfen ein schnelleres Spannen. Dauerte beim Warmschrumpfen, trotz wassergekühlter Kühlaufsätze, die komplette Werkzeugwechselzeit rund zehn Minuten, ist bei Tribos das Werkzeug nach weniger als einer Minute wieder einsatzbereit. Dadurch bleibt wesentlich mehr Zeit für andere Aufgaben.

Darüber hinaus ist die Handhabung der Werkzeughalter und der Werkzeugwechsel verglichen mit der Warmschrumpftechnik deutlich einfacher. Die grobe Längeneinstellung ist in der Spannvorrichtung ebenfalls wesentlich unkomplizierter als beim Warmschrumpfen und dies, obwohl keine spezielle Vorrichtung für die Längeneinstellung nachgerüstet wurde. Mit dieser Vorrichtung wäre sogar eine exakte, feine Längenvoreinstellung sehr einfach möglich.

Tribos kommt künftig auch beim Fräsen von Düsenringen zum Einsatz

Eine weitere Anwendung bei KK&K ist die Bearbeitung eines Düsenringes, bei der mit einem Fräsdurchmesser von 6 mm auf eine Frästiefe von 10 x D gefräst wird. Die sichtbaren Schlitze werden komplett in der Tiefe gefräst. Auch hier wird wegen der positiven Eigenschaften künftig die Tribos-Polygonspanntechnik eingesetzt.

Aufgrund der Testergebnisse wird Tribos-R nach und nach die Warmschrumpffutter ersetzen. Über 100 Werkzeughalter HSK-A 63 und eine Spannvorrichtung SVP-3 zur automatischen Betätigung sind bereits erfolgreich im Einsatz.

Konstruiert wurde der Präzisionswerkzeughalter Tribos-R vor allem für die Anforderungen der kräftigen Zerspanung. Die Werkzeughalter dieser Baureihe bieten einen deutlich verstärkten Grundkörper zur Aufnahme hoher radialer Kräfte wie sie in der Schwerzerspanung auftreten. Das Futter basiert auf einer fachwerkartigen Kammerbauweise. Verglichen mit einem massiven Aufbau, besitzt die Fachwerkbauweise bei gleichem Gewicht ein wesentlich höheres Widerstandsmoment.

Kaum Rattern und Vibrieren beim Fräsen

Im Grundkörper werden Gusseinsätze aus einer Kupferlegierung eingesetzt. Die Stirnfläche wird dadurch sehr widerstandsfähig gegen aufprallende Späne. Die kupferlegierten Einsätze sorgen zudem für eine exzellente Schwingungsdämpfung, die rund viermal so hoch ist wie bei Warmschrumpffuttern. Damit werden eine nachweisbar ruhigere Bearbeitung, eine bessere Oberflächenqualität und höhere Werkzeugstandzeiten erzielt. In Versuchen des Arbeitskreises HSC-Spannfutter II der Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung in Schmalkalden hatte das System von Schunk zum Beispiel die geringste Neigung zum Rattern beziehungsweise zum Vibrieren.

Mit dem System lassen sich eine hohe Zustellung und damit ein hohes Zerspanvolumen erreichen. Der steife Grundkörper, kombiniert mit einer Rundlaufgenauigkeit besser als 0,003 mm und einem rotationssymmetrischen Aufbau, bietet optimale Voraussetzungen für hohe Bearbeitungsdrehzahlen. Minimaler Wuchtaufwand, verschleißfreie Spannung und einfacheres Handling gegenüber herkömmlichen Werkzeughaltern, verschaffen dem System Vorteile bei fast allen Zerspanaufgaben.

Die patentierte Spanntechnik basiert auf einer polygonalen Form der Spannbohrung. Diese hat im ungespannten Zustand einen polygonförmigen Querschnitt. Wird die Spannseite des Werkzeughalters mit einer genau definierten äußeren Kraft beaufschlagt, verformt sich die Spannbohrung. Der Werkzeughalterschaft lässt sich dann in eine größere kreisrunde Bohrung einbringen. Bei Wegnahme der Kraft geht die Spannbohrung wieder in ihren Ausgangszustand zurück und spannt den Werkzeugschaft. Innerhalb weniger Sekunden ist mit Hilfe einer hydraulischen Spannvorrichtung der Werkzeugwechsel vollzogen.

Neben der Variante Tribos-R, die bei Kühnle, Kopp & Kausch eingesetzt wird, bietet Schunk die Polygonspanntechnik auch als schlanke, störkonturoptimierte Tribos-S-Version an. Diese ist vor allem für das Fräsen, Reiben und Bohren in schwer zugänglichen Werkstückbereichen geeignet. Bei den neuesten Varianten des Systems sind Werkzeugschäfte ab 0,3 mm spannbar. Dazu gehören die Varianten Tribos-Mini und -RM, die im Bereich Mikrozerspanung filigrane beziehungsweise kräftige Arbeiten möglich machen. Eingesetzt werden diese hauptsächlich in der HSC-Bearbeitung, im Werkzeug- und Formenbau, in der Uhrenindustrie und der Medizintechnik.

Joachim Müller ist Produktmanager Tribos bei der Schunk GmbH & Co. KG in 74348 Lauffen/Neckar, Tel. (0713) 103-0, joachim.mueller@de.schunk.com

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