Fräswerkzeuge im Einklang mit CNC-Maschinen erhöhen die Zuverlässigkeit

Computernumerisch gesteuerte (CNC) Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren haben den Bedarf an leistungsfähigeren und universelleren Fräsern mit sich gebracht. Die Entwicklung fortschrittlicher Fräswerkzeuge in den letzten Jahren ist eine Antwort auf diese Anforderung.

In der Vergangenheit war für viele Anwendungen, insbesondere bei großen Losgrößen, ein eigenes oder spezielles Werkzeug in vielen Fällen die einzige effiziente Lösung. Wenn heute mehr Flexibilität in der Produktion gefragt ist, bieten neue Fräserkonzepte breit gefächerte Werkzeuge. Moderne Werkzeugkonstruktion und -fertigung haben es ermöglicht, anspruchsvolle Werkzeugkonzepte mit CNC-Werkzeugmaschinen zu realisieren, die Produktionsleistung zu steigern und den Bearbeitungsprozess sicherer zu machen.

Formen brechen
Standardisierungen in der Technik sind natürlich für die Fertigung von entscheidender Bedeutung, denn durch sie sprechen wir die gleiche Sprache und kennen die geltenden Grenzen. Es gibt jedoch Fälle, in denen Standards das Entwicklungstempo tatsächlich unterbrechen. Dann ist es notwendig, den Zwängen zu entkommen, die die Einführung besserer Lösungen behindern. Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung von Fräswerkzeugen.

Fräser und Wendeschneidplatten waren früher durch ISO-Normen definiert und boten dem Anwender austauschbare Werkzeuge verschiedener Werkzeuglieferanten. Aber die Einhaltung von Normen führte zu Einschränkungen bei den Fräsern und Wendeschneidplatten. ISO-Codes schreiben Form, Dicke und eingeschriebener Kreis von Schneidplatten vor und geben die Größe von Plattenhaltekassetten und Keilspannern zusammen mit den Werkzeugkörpern an, die sie halten. Mit nur begrenzten Möglichkeiten bei Wendeschneidplattensorte, Hon- und Spanbrecher-Design sahen sich Werkzeuglieferanten und -anwender, die sich an ISO-Normen halten, ernsthaften technologischen und Leistungsbeschränkungen gegenüber.

Im Gegensatz zu ISO-Fräswerkzeugen bieten die heutigen Fräswerkzeugkonzepte Werkzeugentwicklern die Freiheit, neue Fräser- und Wendeplattendesigns zu verwenden. Diese können optimiert werden, um eine bessere Allround-Fähigkeit für die CNC-Bearbeitung zu bieten. Bearbeitungssicherheit, Genauigkeit, Oberflächengüte, Fähigkeit für unterschiedliche Schnittwege, Abtragsraten, Werkzeugüberhang und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sind Themen, die durch neue Fräserkonzepte besser angegangen werden können.

Die heutigen Konzeptfräswerkzeuge, optimiert für Bearbeitung und Material, finden in der gesamten Industrie breite Akzeptanz. Etwa 80 Prozent aller von Sandvik Coromant gelieferten Fräswerkzeuge sind beispielsweise CoroMill-Fräser. Diese entfernen Metall um ein Vielfaches schneller und mit geringeren und gezielteren Schnittkräften, als dies mit jedem ISO-Standardfräser möglich wäre. Mit nur einem Bruchteil des typischen Rundlaufs von ISO-Fräsern halten Konzeptfräser konsequent engere Bauteiltoleranzen ein und entwickeln zudem weniger (und günstigeren) Schneidenverschleiß. Der Plan- und Rundlauf ist minimal, das bedeutet eine bessere Schnittkantengenauigkeit für verbesserte Oberflächengüte, engere Teiletoleranzen und längere Werkzeugstandzeiten. Sie verteilen auch die Bearbeitungslasten gleichmäßig, um schneller mit weniger Lärm, Vibrationen und Verschleiß zu schneiden.

Diese modernen Konzeptwerkzeuge bieten auch die Technologie für hohe Spindeldrehzahlen, Eilgangfräsen und Hartteilbearbeitung sowie erweiterte Möglichkeiten für das Trockenfräsen. Die Designfunktionen von CoroMill machen das Konzeptwerkzeug schlanker im Design und erfordern ein Minimum an Einstellung und Wartung. Steife und genaue Fräserkörper werden aus vorgehärtetem Stahl mit präzise in den Fräsern platzierten Wendeschneidplatten hergestellt, die eine Auswahl an verschiedenen Zahnteilungen für die jeweilige Anwendung bieten.

Wahrheit und Konsequenzen
Die Folgen des Einsatzes veralteter Fräswerkzeuge können sowohl für die Wirtschaftlichkeit der Zerspanung als auch für die Produktionssicherheit erheblich sein. Werkstätten, die Fräser führen und einsetzen, die nicht Gegenstand neuerer Konzeptentwicklungen sind, verlieren deutlich an Wettbewerbsfähigkeit in der Fertigung. In anspruchsvolle Bearbeitungszentren und andere Drehspindelmaschinen zum Fräsen zu investieren, aber die Fräswerkzeuge und Wendeschneidplatten nicht ständig zu aktualisieren, ist nur die halbe Miete.

Mit dem Fortschritt in der Schneidwerkzeugtechnologie und der CNC-Bearbeitungsfähigkeit besteht ein wachsendes Potenzial für Hersteller, die bisher veraltete dedizierte Fräser, Bohrwerkzeuge oder Sonderwerkzeuge verwenden. Häufig werden diese Werkzeuge speziell für bestimmte Schnitte an einem Bauteil oder einer Bauteilfamilie entwickelt oder angewendet. Dies hat dazu geführt, dass bei rotierenden Werkzeugen in Bearbeitungszentren für jede Dimension an einem Bauteil ein eigenes Werkzeug benötigt wird.

Der Einsatz von speziell dimensionierten Werkzeugen geht teilweise auf die Zeit zurück, als Fräs- und Bohroperationen alle in Fräsmaschinen oder Sondermaschinen mit begrenzter Achskapazität durchgeführt wurden. Gerade bei der Innenbearbeitung musste für jeden Durchmesser, Plan, Fase und Nut ein Werkzeug zur Verfügung gestellt werden – auch wenn die Abweichung nur wenige Millimeter betrug. Eine gewisse begrenzte Flexibilität könnte manchmal durch die Verwendung von einstellbaren Einsatzsitzen in Kartuschen eingebaut werden.

Mit der breiteren Verfügbarkeit von mehrachsigen CNC-Bearbeitungszentren ist die Werkzeugbewegung keine Einschränkung mehr. Tatsächlich bietet es die Möglichkeit, ein Werkzeug für mehrere, wenn nicht alle, der verschiedenen benötigten Schnitte zu verwenden. Die einfache Programmierung verschiedener Werkzeugbahnen und die Verwendung von Methoden wie Rampen und Kreisinterpolation ermöglichen den Einsatz eines flexiblen, breiter einsetzbaren Werkzeugs, wobei Maßabweichungen am Bauteil nur eine einfache Programmanpassung sind.

Erhöhte Produktionszeit mit weniger Werkzeugen
Ein europäischer Offroad-Fahrzeughersteller profitierte vom Einsatz moderner Konzeptfräser in einer FMS-Linie bestehend aus horizontalen Bearbeitungszentren. Die Linie bearbeitet verschiedene Arten von Gehäusen für Achsen von Radladern. Im Rahmen eines großen Effizienzprojekts zur Leistungssteigerung bei der Herstellung von Komponenten für Antriebsstrangbaugruppen wurde insbesondere die Verbesserung der Bearbeitung von Seitengehäusen durch Produktivitätssteigerung angestrebt.

Bisher wurden in der FMS-Linie spezielle Bohrwerkzeuge verwendet, um die unterschiedlichen Größen der gusseisernen Seitengehäuse zu bearbeiten. Jede Komponente hat mehrere unterschiedliche Innendurchmesser und Flächen, die bearbeitet werden. Bei der durchgeführten Zerspanungsanalyse wurde erkannt, dass Konzeptfräser einige der bisherigen Bohrwerkzeuge ersetzen könnten, da sie nicht auf Bohrungsgrößen etc. und damit eine Reihe von Bohrungsgrößen bearbeiten. Um ein anderes Maß zu bearbeiten, ist lediglich ein Programmwechsel erforderlich. Die Fräser sind als solche universell für verschiedene Abmessungen und Bearbeitungen.

Als großen Vorteil bei ihrer Arbeit sehen die Bediener auch die neue Prozesssicherheit sowie die einfache und sichere Werkzeugeinstellung und -wartung. Das Spannen der Wendeschneidplatte ist mit der Mittelschraube, die in den CoroMill-Fräsern verwendet wird, einfach. Das richtige Drehmoment wird durch den beiliegenden Torx-Schlüssel erreicht. Dies ist ein kleiner, aber wichtiger Punkt, um Prozesssicherheit zu erreichen.

Die Ergebnisse des Bearbeitungs-Upgrades mit CoroMill-Konzeptfräsern mit integrierten Coromant Capto-Kupplungen umfassen eine Reduzierung der Bearbeitungszykluszeit um 25 Prozent, die Reduzierung der Werkzeuganzahl um 50 Prozent und eine höhere Prozesssicherheit. Durch das neue Bearbeitungsverfahren wurden auch die Rüstzeiten der Bauteile in der Maschine reduziert. Es wird geschätzt, dass durch die Bearbeitungsverbesserungen weitere 10 Prozent der Produktionszeit zur Verfügung gestellt wurden.