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Zerspanung

Unrunddrehen mit großer Dynamik

08.10.2010 | Redakteur: Bernhard Kuttkat

Bild 1: Das Fertigungszentrum mit Unrundbearbeitungseinheit ermöglicht die Herstellung ovaler und polygonaler Werkstückformen durch multifunktionale Bearbeitung. Bild: Weisser
Bild 1: Das Fertigungszentrum mit Unrundbearbeitungseinheit ermöglicht die Herstellung ovaler und polygonaler Werkstückformen durch multifunktionale Bearbeitung. Bild: Weisser

Konsequent auf vertikale Präzisions-Drehmaschinen und multifunktionale Fertigungszentren fokussiert ist die Maschinenfabrik Weisser Söhne in St. Georgen. In diesem Marktsegment gehört das mittelständische Unternehmen nach eigenen Angaben zu den technologisch weltweit führenden Herstellern.

Das Technologieportfolio umfasst insbesondere multifunktionale Bearbeitung, Hart- und Weichdrehen, Rotationsdrehen, Unrunddrehen, Schleifen und Fräsen. Wie es heißt, dokumentieren High-Performance-Verfahren wie das Unrunddrehen die hohe Innovationsfähigkeit und Kompetenz des Unternehmens, resultierend aus über 150 Jahren Erfahrung im Werkzeugmaschinenbau.

Auch disharmonische Konturen sind beherrschbar

Das Leistungspotenzial des Unrunddrehens ermöglicht nicht nur die hochproduktive Bearbeitung von Hubkolben für Verbrennungsmotoren, sondern auch anderer Teile wie das Hartdrehen von Nockenwellen, Mehrkantprofilen oder die Herstellung von Polygonformen (Bilder 1 bis 4). Es sind sowohl die genormten Polygonprofile nach DIN 32711 (Welle und Nabe) beziehungsweise 32712 (Welle) beherrschbar, als auch von der Norm abweichende harmonische oder auch disharmonische Konturen mit höheren „Eckenzahlen“, so Weisser.

Selbstzentrierende Polygonverbindungen

So sind beispielsweise P3G-Polygonverbindungen selbstzentrierend und kerbspannungsfrei. Bei Verdrehung gleicht sich ein eventuelles Spiel symmetrisch aus. Der Spannungsverlauf unter Drehmomentbelastung ist harmonisch und ohne Spannungsspitzen. Insbesondere hypotrochoide Profile eignen sich als polygonale Welle-Nabe-Verbindungen (PWNV) zum Übertragen stoßartiger Drehmomente und finden ihren bevorzugten Einsatz in Antrieben oder PKW-Getrieben, zum Beispiel als Schalträder, Parksperren, als Presspassungen oder auch als Schiebesitze.

Die ideale Basis für die Aufnahme des Unrund-Bearbeitungssystems Hot (Hyperspeed Oval Turning) bietet die Präzisionsmaschine Weiser Vertor C. Das Produktionszentrum ermöglicht die Herstellung ovaler und polygonaler Werkstückformen durch multifunktionale Bearbeitung.

Hochdynamischer Oszillationsantrieb

Dabei wird die radiale, oszillierende Bewegung der Werkzeugschneide bezüglich der Drehachse mit einem hochdynamischen Oszillationsantrieb generiert. Die Drehbearbeitungseinrichtung zum Erzeugen nichtrotationssymmetrischer Konturen an rotierenden Werkstücken bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise bei der Herstellung von Hubkolben für Verbrennungsmotoren.

Das Hot-System ermöglicht Schnittgeschwindigkeiten bei NE-Metallen bis 3000 m/min. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auch hochharte Werkstoffe zu bearbeiten. Unrundformen werden auf der Vertor C durch Interpolation der Werkstückspindelachse mit der Durchmesser erzeugenden Vorschubachse des Werkzeugs hergestellt.

Nennbeschleunigung bis 300 m/s²

Das Hot-System ist in einer separaten Aufbaueinheit integriert. Bei vorgegebener Unrundheit ist die maximal zulässige Drehzahl des Werkstücks abhängig von der maximalen Beschleunigung, die sich mit dem Oszillationsantrieb an der Werkzeugschneide herbeiführen lässt. Bei Einhaltung höchster Genauigkeitsanforderungen wird eine erstklassigen Oberflächenbeschaffenheit generiert.

Bei maximaler Vorschubgeschwindigkeit wird laut Weisser eine Nenn-Beschleunigung von 300 m/s² erreicht. Die Bewegungen der Werkzeugschneide erfolgen in Richtung der X-Achse, also orthogonal zur Werkstückspindelachse. Die Schneide kann in dieser gedachten Ebene variabel positioniert werden, sodass sich radiale und stirnseitige Konturen oder hemisphärische Unrundheiten ideal herstellen lassen.

Stückkosten werden reduziert

Das Hot-System steigert die Leistungskapazität auf bis zu 300% und reduziert so erheblich die Stückkosten, hebt Weisser hervor. Im Gegensatz zu einer konventionellen Einheit, lassen sich mit dem Hot-System Drehzahlen erzielen, die bei identischen Genauigkeitsanforderungen zwischen 200 bis 300% höher liegen. Damit ergibt sich eine Verdreifachung der Leistungskapazität des Fertigungszentrums Vertor C.

Aufgrund dieser Leistungspotenziale profitiert der Anwender von erheblich geringeren Stückzeiten und damit wesentlich niedrigeren Stückkosten. Trotz einer Nenn-Beschleunigung von 30 g, können aufgrund der besonderen Dämpfungseigenschaften ohne jegliche Krafteinwirkung in den Maschinen-Grundaufbau, nahezu alle Werkstückformen hochgenau hergestellt werden. Durch den geringst möglichen Abstand zwischen Maßstab und Werkzeugschneide, ist der Wärmeeinfluss vernachlässigbar.

Die Integration eines Werkzeugwechslers im Hot-System, bietet dem Anwender hinsichtlich der Bearbeitungsmöglichkeiten und der Werkstückvielfalt ein breit angelegtes Einsatzspektrum. Mit der integrierten Schnittkraft-Kompensation lassen sich die auftretenden Zerspankräfte (Passivkräfte) problemlos nahezu vollständig ausgleichen. Die kompakte Vertor C ist laut Weisser prädestiniert für zahlreiche Anwendungen der Unrundbearbeitung.

Fügen polygonaler Werkstücke

Ergänzend zum Unrunddrehen bietet Weisser Prozesslösungen zum Fügen solcher polygonaler Formen an. Wie erläutert wird, vereinfachen diese Lösungen das Fügeverfahren signifikant, substituieren thermische Fügeprozesse, sparen hohe Investitionssummen und Folgekosten, reduzieren die Energiekosten wesentlich, erleichtern die Integration in die Fertigungslinie, optimieren die Prozesskette und die Logistik, generieren eine hohe Flächenproduktivität und sind aufgrund der Trockenbearbeitung sehr umweltschonend

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