High-Speed-Fräsen: Die moderne Lösung für präzise gravierte Typenschilder

Bis vor einem Jahrzehnt gab es Diskussionen über den besten Prozess für die Produktion gravierte Typenschilder – die Hauptkonkurrenten waren Pantograph, Stanzmaschinen und Fräsmaschinen. Seitdem ist das Argument für den Pantograph so gut wie ausgestorben. Denn der Pantograph ist eine manuelle Maschine, die extrem qualifizierte Handwerker erfordert, sodass der Prozess nicht automatisiert werden kann und es schwierig geworden ist, qualifizierte Bediener zu finden. Beide Faktoren erhöhen die Kosten. Stanzmaschinen hingegen bleiben eine brauchbare Methode für die Produktion gravierte Typenschilder. Besonders bei sehr großen Serien sind Stanzmaschinen vorteilhaft. Konkret: Bei Serien von z. B. 20.000 Typenschildern macht die Tatsache, dass diese Maschinen ein paar Teile pro Sekunde produzieren können, sie zur logischen Wahl. Für kleinere Serien jedoch reduzieren die Kosten des Stanzens die Attraktivität. Ein großer Teil der Kosten ist mit den für den Prozess benötigten Stanzwerkzeugen verbunden, die zwischen 2.000 und 5.000 Dollar pro Stück liegen. Kombiniert man diese Kosten mit der Qualität eines gestanzten Typenschilds, wird der Stanzprozess unattraktiv. Denn die Stanzmaschine entfernt Material vom Werkstück, indem sie das Werkzeug wie einen Keksausstecher durch das Material drückt. Die an der Schnittstelle entstehende Kraft biegt und schert das Substrat. Bei formbaren Materialien wie Metall kann das Biegen an der Kante bedeuten, bei spröderen Substraten können ausgefranste Kanten resultieren. Schließlich sind Stanzmaschinen in der Funktionalität auf Stanzen oder Ausschneiden des Teils beschränkt. Wenn das Endprodukt eine Senkbohrung, Gewindeschneiden oder Gravur (z. B. für Seriennummern) erfordert, wäre eine weitere Maschine und ein zweiter Arbeitsschritt nötig – beides zu zusätzlichen Kosten für den Hersteller.

Also, für niedrigere Volumen Typenschildgravur herrschen Fräsmaschinen – und speziell High-Speed-Fräsmaschinen – vor. Der Rest dieses Beitrags fokussiert sich auf High-Speed-Fräsmaschinen-Features, die den Wettbewerbsvorteil in der gravierten Typenschildproduktion bieten.

High-Speed-Spindel

Die meisten ID-Produkt- und Typenschildgravuren werden mit kleinen Gravurwerkzeugen und Schaftfräsern durchgeführt. Diese kleinen Werkzeuge müssen mit hohen Drehzahlen laufen. High-Speed-Fräsmaschinen mit Hochfrequenzspindeln von 40.000 bis 60.000 U/min evakuieren Späne effektiv aus dem Schneidkanal während Fräsen und Gravieren. Das resultiert in glatten Oberflächen und gratfreien Kanten. Es eliminiert auch die Notwendigkeit eines sekundären Entgratvorgangs sowie der damit verbundenen Kosten.

Tasten (Probing)

Tasten oder Surface Scanning (Mapping) spart Zeit bei der Job-Einrichtung und gewährleistet Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Tastsonden, die als integrierte Komponente an manchen Fräsmaschinen verfügbar sind, können unregelmäßige Werkstücktopografie erkennen und dynamisch kompensieren. Sie tun dies, indem sie Messungen entlang der Oberfläche eines Rohlings nehmen und diese Daten in die Maschinensteuerung einspeisen. Die Steuerung passt automatisch für unebene Oberflächen oder Werkstückposition an. Durch diesen Prozess werden Einrichtzeiten reduziert und Stück-/Teilausschuss minimiert.

Ölfreies Kühlmittel

Während Tasten wertvolle Zeit am Anfang der gravierte Typenschildproduktion spart (während der Einrichtung), kann ölfreies Kühlmittel Zeit am Ende sparen. Das liegt daran, dass im Gegensatz zu Öl, das Rückstände auf dem fertigen Typenschild hinterlässt, bestimmte ölfreie Kühlmittel einfach verdunsten. So kann der sekundäre Entfettungsvorgang eliminiert werden – wodurch Arbeitskosten, Kosten für Reinigungsverbrauchsmaterialien und vor allem die gesamte gravierte Typenschildproduktionszeit minimiert wird.

Integriertes Vakuumtisch-Spannen

Spannen für gravierte Typenschildanwendungen, wie Produktionsläufe von Metalphoto, kann problematisch sein. Dünne Substrate sind schwer zu halten. Das gilt besonders, wenn der Hersteller ein konventionelles CNC zum Gravieren oder Schneiden kleiner Teile mit begrenzter Oberfläche nutzt, weil die Spindelkraft das Teil buchstäblich „quer über das Maschinenbett schleudern“ kann, sobald es komplett ausgeschnitten ist. Viele Hersteller greifen tatsächlich auf Sprühkleber als Spannmethode zurück. Nicht nur ist das schmutzig, es kann auch zu Verformung führen, wenn das fertige Teil vom Maschinenbett entfernt wird. Plus, es resultiert in einem zeitaufwendigen und kostspieligen sekundären Prozess, um den Kleber von den fertigen Teilen zu entfernen.

Jedoch können einige High-Speed-Fräsmaschinen mit integriertem Vakuumtisch-Spannen ausgestattet werden. Zum Beispiel mit DATRONs Vakuumtisch kann dünnes Material, das einst schwer zu sichern war, nun in Sekunden gesichert werden. Kunststofffolien von 0,001″ bis 0,250″ dicke Aluminiumbleche können schnell gesichert und an Ort und Stelle gehalten werden – sogar wenn die Teile „ausgestochen“ komplett durch das Material geschnitten werden. Eine Vakuumpumpe liefert die Vakuumkraft für das System. Ein Vakuumtisch verfügt über luftstromoptimierte Vakuumöffnungen mit versenkten Vakuumkammern für überlegene Vakuumverteilung. Ein kostengünstiges gaspermeables Substrat dient als opferbarer Vakuumdiffusor, der es dem Fräser erlaubt, durch das Werkstück zu schneiden, ohne in den Tisch zu fräsen.

Automatisches Werkzeugmanagement

ID-Produkt- und gravierte Typenschildhersteller, die verschiedene CNC-Maschinen für Fräsen und Gravieren in Betracht ziehen, müssen ihre aktuellen Prozesse und ihren idealen Prozess betrachten. Mit anderen Worten: Sie fahren vielleicht aktuell nur ein oder zwei Schichten, aber in einer perfekten Welt könnte eine unbeaufsichtigte Nachtschicht das Geheimnis für erhöhte Rentabilität sein. Selbst wenn eine „Lights-out“-Schicht nicht in den Karten ist, erlaubt eine Tagesschicht, in der die CNC-Maschine unbeaufsichtigt laufen kann, dem Bediener, sich anderen Geschäften zu widmen – was dem Hersteller mehr Produktivität von einem einzelnen Mitarbeiter liefert.

Die Wahl einer CNC mit der richtigen Art von Werkzeugmanagement ist also entscheidend. Das erforderliche Automatische Werkzeugmanagementsystem besteht aus drei separaten, synergistisch zusammenarbeitenden Komponenten – dem Werkzeugprüfer, dem Werkzeugwechsler und der Software. Der Werkzeugprüfer ist ein mechanischer Sensor, der Werkzeuglänge misst und gebrochene Werkzeuge erkennt. Der Werkzeugwechsler ist ein Rack oder Tablett mit Platz für Ersatzwerkzeuge und Aufnahmen, wo die Maschine gebrochene Werkzeuge ablegt, bevor sie einen Ersatz aufnimmt. Bediener können das Rack mit Ersatzwerkzeugen bestücken, damit sie einen bereiten Vorrat haben, falls Werkzeuge während „Lights-out“-Betrieb brechen. Die Software ist ein Makroprogramm, das so eingerichtet werden kann, dass es nach Ausführung einer bestimmten Anzahl Codezeilen einen Werkzeugcheck durchführt. Zum Beispiel kann ein Werkzeugcheck-Makro nach jeder 500 Codezeilen einen Check initiieren, indem es eine „if/then“-Abfrage einsetzt wie: „Messe dieses Werkzeug; wenn die Länge kürzer ist als der Parameter (in der Software-Werkzeugdatenbank gelistet), dann wechsle das Werkzeug.“

Zusammenfassung

ID-Produkt- und gravierte Typenschildhersteller, die auf niedrige Produktionsläufe spezialisiert sind, können Effizienz, Flexibilität und eine gesamtkostensenkung durch den Einsatz von High-Speed-Fräsmaschinen erzielen. Da die meisten dieser Hersteller kleine Werkzeuge nutzen, ist es imperativ, dass sie eine CNC-Maschine wählen, die speziell für den Einsatz mit kleinen Werkzeugen designed ist. High-Speed-Spindeln sind am besten für kleine Werkzeuge geeignet und produzieren gratfreie Teile mit überlegenen Oberflächen- und Kantenqualitäten. Die niedrige Kraft dieser Spindeln maximiert Werkzeugstandzeit und ermöglicht innovatives Spannen wie integrierte Vakuumtische, die Einrichtzeiten reduzieren. Tasten macht die Einrichtung effizienter und gewährleistet Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Automatisches Werkzeugmanagement ermöglicht eine Kostensenkung durch unbeaufsichtigte oder Lights-out-Produktion. High-Speed-Fräsmaschinen, die all diese Features liefern, geben Herstellern von ID-Produkten und gravierten Typenschildern einen echten Wettbewerbs- und Kostenvorteil.