Spanende Fertigung Zahn um Zahn

Werkzeugsystem ermöglicht das Verzahnungsfräsen auf CNC-Drehmaschinen ohne Umspannen. Das genaue Verzahnungsfräsen hat seinen Preis. Für die Bearbeitung müssen Werkstücke bislang mehrfach...

Anbieter zum Thema

Renishaw GmbH

trivid GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Das genaue Verzahnungsfräsen hat seinen Preis. Für die Bearbeitung müssen Werkstücke bislang mehrfach umgespannt werden oder es bedarf teurer CNC-Drehmaschinen. Dies muss nicht sein: Die Konstrukteure der EWS Werkzeugfabrik haben in Zusammenarbeit mit Gildemeister das Verzahnungsfräsen auf die Drehmaschine gebracht. Bei dem neuen Verfahren kann der Fräskopf stufenlos um 360° um die Schaftachse gedreht werden. Eine kostenintensive maschinenseitige B-Achse ist nicht mehr erforderlich. Damit lassen sich beim Verzahnungsfräsen alle notwendigen Bearbeitungsschritte ohne Umspannen durchführen.Durch das neue Verfahren entfällt beim Modulfräsen nicht nur eine teure Bearbeitungsachse, es ergeben sich auch Zeit- und Kosteneinsparungen. Bis der Werkzeugrevolver oder die Frässpindel bei herkömmlichen Verfahren an das Werkstück herangefahren ist, vergehen bis zu 16 s. Das EWS-Werkzeugsystem schafft dies in 1 s. Weil eine Schwenkbewegung in der B-Achse entfällt, sind auch alle technischen Optionen für diese Bearbeitung überflüssig. Nun hat das neue Werkzeugsystem seine Feuertaufe bestanden. Im Vorführzentrum von Gildemeister wurde es genau unter die Lupe genommen und in der Praxis eingesetzt. Beim Verzahnungsfräsen muss der Synchronlauf zwischen Werkstück und Werkzeug gewährleistet sein. Darüber hinaus hat jeder Fräser einen eigenen Steigungswinkel, der durch Schwenken des Werkzeuges eingestellt werden muss. Beim Abwälzfräsen mit dem schwenkbaren Werkzeughalter wird der Fräser in der vertikalen Lage in X-Richtung an das Werkstück gefahren und dann in Z-Richtung gefräst. Bei den Testreihen wurde keine Y-Achse benötigt, da im EWS-System der Werkzeughalter auf Mitte steht. Alle Bearbeitungen erfolgten auf den 2-Spindel-Fräszentren Twin 65. Verwendet wurde das angetriebene Werkzeug der Baureihe 64 TKW von EWS mit Hartmetallfräser der Schweizer Firma Goor. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, erfolgte die Bearbeitung auf der Drehmaschine an der Obergrenze im Bereich VDI 30 und VDI 40. Schwere Zerspanung ist mit diesem System nicht sinnvoll. Bei der Bearbeitung wurde Stangenmaterial C45 im Durchmesser von 100 mm verwendet. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 90 m/min. Bearbeitet wurden zwei Wellentypen mit unterschiedlichen Parametern. Einmal eine Welle mit 50 mm Durchmesser, 23 Zähne und einer Drehzahl von 1035 min–1 sowie eine Welle mit 80 mm Durchmesser, 38 Zähne und einer Drehzahl von 1026 min–1. Der Vorschub lag jeweils bei 1 mm und die Schnitttiefe bei 4 mm. Das angetriebene Werkzeug hat eine Übersetzung von 3 : 1.Bei der CNC-Drehmaschine mit C-Achse läuft die Arbeitsspindel in Regelung mit dem Antrieb des Werkzeugrevolvers. Ohne eine geregelte Achsenkombination kann das Verfahren nicht angewandt werden. Der Fräser wird auf das angetriebene Werkzeug montiert und extern auf seinen Eingriffswinkel voreingestellt. Bei der Bearbeitung läuft die Arbeitsspindel synchron mit dem angetriebenen Werkzeug, die Zustellachse ist die X-, die Verfahrachse die Z-Achse. Die Zustellung erfolgt direkt auf die Zahntiefe. Die Verzahnung wird im Einschnitt-Verfahren hergestellt. Alle Bearbeitungsschritte konnten auf einer Maschine vollzogen und so drei Einrichtungsvorgänge gespart werden.Das Einsatzgebiet des Werkzeugsystems ist vielfältig. Zum einen kann es wie ein ganz normaler Scheibenfräserkopf eingesetzt werden, das heißt Längsschlitze in ein Werkstück einbringen, Schlüsselflächen anfräsen oder Querschlitze am Wellenende fräsen. Durch die Schwenkmöglichkeit des Fräskopfes ergeben sich neue Möglichkeiten. Zum Beispiel kann der Kopf um 90° geschwenkt werden, um Lamellen in Form eines Halbmondes einzufräsen. Des Weiteren lässt sich ein Bauteil unter jedem Winkel auf der Drehmaschine absägen, was bisher nur mit teuren Sonderwerkzeugen möglich war. Weil das neue System aber gerade beim Verzahnungsfräsen entscheidende Vorteile bringt, steht dieser Anwendungsfall im besonderen Fokus der Entwickler bei EWS. Um einen Modulfräser auf einer Drehmaschine einsetzen zu können, muss man seinen Eingriffswinkel entsprechend einstellen. Üblicherweise wird dies über eine B-Achse in Verbindung mit einer Y-Achse realisiert. Allerdings ist der Einschwenkvorgang des Werkzeugs sehr zeitaufwändig, weil die Steuerung mehrere Achsenbewegungen miteinander verrechnen muss. Weil der Fräsereingriffswinkel beim EWS-Werkzeug über ein Feingetriebe eingestellt werden kann, ist für das Modulfräsen keine B-Achse mehr erforderlich. Dies bedeutet, dass das EWS-Fräswerkzeug wie ein übliches Werkzeug auf dem Werkzeugrevolver eingesetzt wird. Die Revolverstation wird angewählt und der Prozess kann ohne Zeitverzögerung abgearbeitet werden. Das System ist sinnvoll für kleinere und mittlere Serien einsetzbar, das heißt für Nullserien bis hin zu maximal 5000 Stück/Los. Rechnet man mit einer Losgröße von 2000 Stück, so ergibt sich allein durch die Bearbeitungszeitverkürzung eine Zeitersparnis von über acht Stunden. Multipliziert man dies mit einem Stundensatz von 60 €/h so spart man pro Los rund 500 €. Bei dieser Berechnung geht der reduzierte Stundensatz für den niedrigeren Anschaffungswert der Maschine nicht ein. Allein durch die kürzere Bearbeitungszeit amortisiert sich ein solches Werkzeug binnen weniger Serien. Prinzipiell ist auch keine Y-Achse an der Drehmaschine erforderlich, allerdings ist sie nützlich, um den Fräser über seine gesamte Breite nutzen zu können.Natürlich hat ein solches System auch Grenzen. Generell darf man nie vergessen, dass man eine Bearbeitung auf einer Drehmaschine durchführt. Diese kann durch ihre Dynamik nicht die Steifigkeit und Stabilität einer Verzahnungsmaschine aufweisen, genauso wie ein angetriebenes Werkzeug nie mit einer Frässpindel verglichen werden kann. Aus diesem Grund ist die effektive Nutzung immer auf die Bearbeitung kleinerer Module beschränkt.