Spanende Fertigung Standzeit rauf, Kosten runter

Programm optimiert Schnittparameter und Bearbeitungsstrategien beim Fräsen.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

JESSBERGER GmbH

conplement AG

Die in der Praxis angewandten Methoden zur Optimierung der Schnittbedingungen führen bei vielen Bearbeitungsaufgaben nicht zu den optimalen Schnittparametern, weil die Arbeitsplatzkosten (Maschinen, Werkzeuge, Bedienpersonal) unzureichend berücksichtigt werden. Eine wirtschaftliche Fertigung ist nur bei ständiger Anpassung der Schnittbedingungen aufgrund aktueller Kostenfaktoren des jeweiligen Maschinenarbeitplatzes möglich. Zur Optimierung der Schnittbedingungen bieten sich drei Methoden an:

- Anwendung der erweiterten Taylor-Gleichung und schrittweises maximieren der Parameter in der Reihenfolge ihres Einflusses auf die Werkzeugstandzeit. In der Literatur wird empfohlen, die Schnittparameter nacheinander zu Maximieren. Die Reihenfolge der Parameter ist durch ihren Einfluss auf den Verschleiß der Werkzeugschneide bestimmt. Meistens wird als erster Parameter die Schnitttiefe genommen, die allerdings einen geringfügigen Einfluss auf den Verschleiß hat. Anschließend folgen die Parameter Schnittbreite, Fräserdurchmesser und Vorschub pro Zahn. Erst zum Schluss wird die Schnittgeschwindigkeit, die einen dominanten Einfluss auf den Werkzeugverschleiß hat, berücksichtigt. Diese Methode geht von einer bestimmten, vorher festgelegten Standzeit aus, die die optimale Standzeit sein sollte. Diese sogenannte stufenweise Optimierung der Schnittbedingungen [1] ist jedoch keine gangbare Lösung.

- Anwendung von experimentell gewonnenen Werten in den Kostengleichungen und graphisch-mathematische Lösung des Optimums auf der Grundlage der so gewonnenen Kurven und Funktionen. Zur Lösung wird eine ganze Reihe von Methoden der komplexen Optimierung benutzt, beispielsweise die lineare Optimierung, die lineare parametrische Optimierung, die nichtlineare Optimierung, sogenannte Methoden des reduzierten Gefälles, analytische Methoden und weitere [2].- Das spezielle Programm Optimal für die Kostengleichungen mit Anwendung der erweiterten Taylor-Gleichungen und experimentell ermittelten Parametern. Dieses Programm kann autark arbeiten, dabei kann über eine entsprechende Schnittstelle auf CAD/CAM-Daten zugegriffen werden. Eine Programmvariante ist in CAD/CAM-Systeme integrierbar.

Schnittstellen für CAD/CAM werden entwickelt

Das Programm Optimal ist konzipiert zur Optimierung der Schnittbedingungen für dreiachsiges Fräsen, vor allem im Werkzeug- und Formenbau, und berücksichtigt auch Hochgeschwindigkeitsfräsen. Entwickelt werden derzeit Schnittstellen für die CAD/CAM-Systeme Cimatron und Catia. Das Programm kann die gewählten Frässtrategien für Schruppbearbeitung, Schlichten und Finishen berücksichtigen. Die integrierten Werkzeuge sind dem Werkzeug- und Formenbau angepasst.

Der Anwender kann unter drei der am häufigsten verwendeten Fräswerkzeuge wählen: Fräsköpfe mit runden Wechselschneidplatten, Vollhartmetall-Kugelfräser sowie Fräser mit auswechselbarem Schneidkopf. Grundlage des Programms ist die klassische Kostengleichung für die Bearbeitung mit der experimentell gewonnenen Taylor-Formel. In dieser Gleichung, modifiziert für die einzelnen Bearbeitungen, Strategien und Werkzeuge, sind - außer anwenderbezogen wirtschaftlichorganisatorischen Daten - alle für die Optimierung relevanten Parameter enthalten. Schrittweises Einsetzen der anwenderbezogenen Parameter führt - bei Berücksichtigung der gegebenen Restriktionen - zu Schnittparametern, mit denen ein Kostenminimum erreicht wird. Dabei ist die „optimale“ Standzeit eben die Standzeit, bei der die Gesamtkosten für die Bearbeitung minimal sind.

Literatur:[1] Mádl J.: Optimalizace obráb?cího procesu. Praha: VUT 1998.[2] Schulz H.: Hochgeschwindigkeitsfräsen metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe. München, Wien: Hanser Verlag 1989.