Reduzieren Sie die Produktionszeit mit HPC und HSM:Eine komplette Schneidlösung

Zusammenfassung:

• Hochleistungsschneiden (HPC) maximiert die Metallentfernungsraten, um die Zykluszeiten zu verkürzen, während Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) auf schnelle Schnitte bei hohen Geschwindigkeiten angewiesen ist. Beide erfordern Werkzeuge, Steuerungen und Maschinen, die stabil genug sind, um ihren Einsatz zu unterstützen.
• HPC erfordert Maschinen, die Späne schnell abführen können, normalerweise horizontale Bearbeitungszentren, Fünf-Achsen-Maschinen oder umgekehrte Maschinen. Adaptive Steuerungen und Simulationen helfen Benutzern außerdem dabei, Kraftspitzen oder andere Probleme zu vermeiden, die das Schneidwerkzeug, die Spindel oder das Teil beschädigen könnten. Betriebe sollten außerdem moderne Schneidwerkzeuggeometrien verwenden, die auf Stabilität ausgelegt sind, um die Lebensdauer und Leistung der Werkzeuge zu maximieren.
• HSM profitiert von hohen Spindelgeschwindigkeiten, erfordert aber tatsächlich eine hohe Spindelbeschleunigung. Die meisten modernen CAM-Pakete enthalten Funktionen, die es Benutzern ermöglichen, HSM-Techniken schnell auf Teilemerkmale anzuwenden. Schneidwerkzeuge für diese fortschrittlichen Techniken sollten moderne Beschichtungen verwenden, um der Hitze, die diese Werkzeugwege erzeugen, besser standzuhalten.

Für das Hochleistungsschneiden (HPC) und die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) gibt es möglicherweise keine formalen Standards, aber in der Praxis führen diese Arten von Werkzeugen und Werkzeugwegen zu erheblichen Verbesserungen der Zykluszeiten und der Rentabilität. Die Methoden berücksichtigen unterschiedliche Variablen, wobei sich HPC auf Werkzeuge und Werkzeugwege bezieht, die schwere, aggressive Schnitte verwenden, um die Materialentfernungsrate zu erhöhen, während sich HSM auf Werkzeuge und Werkzeugwege bezieht, die schnelle, leichte Bewegungen ausführen, um hohe durchschnittliche Vorschubgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten und Nebenzeiten zu reduzieren.

Sandvik Coromant stellt Werkzeuge für beide Enden dieser Hochleistungsdichotomie her, und Chris Monroe, Spezialist für Massenproduktionslösungen bei Sandvik, hat Erfahrung damit, wie Lohnfertiger diese Werkzeuge optimal nutzen können. Letztlich kommt es auf den Einsatz des richtigen Steuerungs- und CAM-Systems an; Nutzung moderner Beschichtungen und Geometrien; und Kommissioniermaschinen mit der richtigen Steifigkeit, Spindelgeschwindigkeit und Spanfreiheit für Ihre Anwendung.

Empfohlener Inhalt

Obwohl HSM-Werkzeuge im Allgemeinen eine glattere Oberfläche hinterlassen als auf die Schruppbearbeitung ausgerichtete HPC-Werkzeuge, handelt es sich laut Monroe nicht um eine strikte Unterscheidung. Werkzeuge wie die Plura HD-Schaftfräser von Sandvik gelten im Klassifizierungssystem des OEM als HPC-Werkzeuge, hinterlassen aber dennoch eine respektable Oberflächengüte. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Sandvik Coromant.

HPC vs. HSM

Der größte Vorteil von HPC-Werkzeugwegen besteht laut Monroe darin, dass sie die kontinuierliche Auseinandersetzung mit dem Teil fördern. Dies erfordert zwar eine viel bessere Steifigkeit und Befestigung an der Maschine, insbesondere wenn Programmierer schwerere Schnitte ausführen, die ein höheres Drehmoment auf die Einrichtung ausüben, kann es jedoch die Metallabtragsraten erheblich steigern.

HSM-Werkzeugwege zeigen seiner Meinung nach ihre Stärken durch verbesserte Bewegungsqualität und konstante Spandicke. Sie halten den radialen Eingriff klein, während sich der Fräser kontinuierlich bewegt, wodurch die Schnittkräfte gesenkt und die Standzeit des Werkzeugs verbessert wird. Mit dieser Standzeit sind HSM-Werkzeugwege laut Monroe gut für die Bearbeitung ohne Licht geeignet. Diese Werkzeugwege lassen sich gut mit höheren Drehzahlen skalieren, erfordern jedoch in erster Linie eine ausreichende Maschinenbeschleunigung und Unterstützung für einen deutlichen Vorgriff in der Steuerung.

CAM und Steuerung

Laut Monroe ist CNC eine Voraussetzung für moderne HPC- und HSM-Werkzeugwege, da der manuelle Betrieb die Vorteile von HPC- und HSM-Werkzeugen nicht nutzen kann. Eine Steuerung mit einem großen Look-Ahead ist erforderlich, um die schnellen Bewegungen des HSM zu verfolgen und die Beschleunigung so zu steuern, dass die Bewegungen gleichmäßig und frei von Treppenstufen oder Ruckbewegungen sind. Adaptive Steuerungen eignen sich hingegen gut für HPC-Werkzeugwege, da sie Geschwindigkeits- und Vorschubanpassungen in Echtzeit ermöglichen, um Probleme mit plötzlichen Kraft- oder Hitzespitzen zu vermeiden.

CNC ermöglicht auch den Einsatz von CAM- und Simulationssoftware, wodurch viele der Schwierigkeiten bei der Einrichtung erweiterter Werkzeugwege gemildert werden. Monroe weist darauf hin, dass vorgefertigte Zyklen in der CAM-Software in der Lage sind, die Programmierung schwieriger Funktionen wie enger Ecken zu optimieren, die ein sorgfältiges Geschwindigkeitsmanagement erfordern, um zu verhindern, dass das Werkzeug gegen das Teil schlägt. Er sagt auch, dass CAM-Software adaptive Werkzeugwege in Schmiede- oder Gussteilen ermöglichen kann, indem sie sich leicht anpasst, wenn Werkstücke für die gleiche Aufgabe vor der Bearbeitung geringfügige Maßschwankungen aufweisen. Mithilfe von Simulationsfunktionen können Werkstätten die Späne kontrollieren und die Belastung überwachen, um sicherzustellen, dass sie die oberen Grenzen der Produktivität ihrer Werkzeuge erreichen können, ohne den Arbeitsbereich zu verstopfen oder die Spindel zu beschädigen.

Monroe empfiehlt nicht eine CAM- oder Steuerungsmarke einer anderen, sondern empfiehlt lediglich, dass Betriebe im Rahmen ihres HPC- oder HSM-Workflows aktuelle Versionen verwenden. Auch wenn unterschiedliche Arten von Software unterschiedliche Funktionen enthalten, verkürzen sie alle die Zeit, die ein Geschäft mit der Luftverschwendung verbringen muss. Indem sie das Drehmoment und den Stromverbrauch konstant halten, reduzieren sie die thermische Instabilität, verbessern die Werkzeuglebensdauer und steigern letztendlich die Produktivität.

Die Lastüberwachung ist bei der Arbeit mit HPC-Werkzeugwegen von entscheidender Bedeutung, da es zu Kraftspitzen kommen kann, wenn die Werkzeuge zu stark gedrückt werden.

Effiziente Werkzeuggeometrie

Fortschritte in der Schneidwerkzeuggeometrie haben widerstandsfähigere Werkzeuge für HPC-Operationen ermöglicht, wobei Monroe mehrere Beispiele aus der Produktpalette von Sandvik nennen kann. Das Unternehmen hat Werkzeuge mit konischen Kernen entwickelt, die eine Verjüngung zur Werkzeugbasis aufweisen. Laut Monroe verbessern diese Kegel die Steifigkeit und reduzieren Vibrationen, verlängern die Werkzeuglebensdauer und erweisen sich als nützlich für das Seitenfräsen mit hohem Vorschub und die Bearbeitung tiefer Taschen. Der Werkzeug-OEM hat auch damit begonnen, Werkzeuge mit ungleichen Spiralen, sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch, auf den Markt zu bringen. Letztere begrenzen die Resonanz im Schnitt durch die Verwendung von Spiralen mit unterschiedlichen Steigungswinkeln, während erstere ihre Spiralen einfach paaren, sodass keine benachbarten Spiralen denselben Steigungswinkel verwenden. In beiden Fällen profitieren Werkstätten von einer besseren Werkzeugstabilität, die es ihnen ermöglicht, mit aggressiveren Vorschüben und Geschwindigkeiten zu arbeiten und Aufträge schneller abzuschließen.

Monroe berichtete über ein Beispiel eines Kunden, der seine Standardwerkzeuge zum Schruppen und Schlichten der Oberfläche eines Lagergehäuses aus Stahl 1030 mit Sandviks WhisperKut-Werkzeugen mit ungleicher Spirale verglich. Mit dem älteren Werkzeug konnte die Werkstatt vier Teile mit einem Tischvorschub von 214 mm/min bearbeiten. Mit dem neueren Werkzeug von Sandvik konnte die Werkstatt 40 Teile mit einem Werkzeug bei einer Tischgeschwindigkeit von 835 mm/min produzieren. Neben dieser erheblichen Verlängerung der Werkzeugstandzeit entfällt mit den Werkzeugen von Sandvik auch ein zusätzlicher manueller Nachbearbeitungsschritt zur Oberflächenbearbeitung, um Punkte außerhalb der Toleranzen zu korrigieren.

Hitzebeständige Beschichtungen

HSM-Werkzeuge haben inzwischen von Fortschritten in der Beschichtungstechnologie profitiert, die der höheren Hitze im Schnitt mit zunehmender Werkzeuggeschwindigkeit standhalten können. Im Fall von Sandvik konzentrieren sich diese Verbesserungen nicht so sehr auf neue Beschichtungsformulierungen, sondern vielmehr auf neue Methoden zum Auftragen und Schichten bewährter Beschichtungen für eine bessere Leistung. Laut Monroe hat der OEM kürzlich mehrere PVD-Beschichtungsverfahren entwickelt, die dazu beitragen, dass die Beschichtungen an ihren Substraten haften und kristalline Strukturen in den Beschichtungen erzeugen, um Verschleiß und Abblättern besser zu widerstehen.

Für einen Kunden war die Beschichtung eines DURA-Werkzeugs von Sandvik so hitzebeständig, dass die Werkstatt sie für einen 304 SS-Auftrag bei einer Tischgeschwindigkeit von 43,45 Bildern pro Minute verwenden konnte, verglichen mit 25,12 Bildern pro Minute bei einem Mitbewerber. Selbst bei einem etwas geringeren Vorschub pro Zahn produzierte das Sandvik-Werkzeug 50 Werkstücke in 7,4 Stunden, bevor es ausgetauscht werden musste, während das Werkzeug des Mitbewerbers 20 Teile in 5,1 Stunden produzierte, bevor es ausgetauscht werden musste. Sandvik errechnete für den Kunden eine Produktivitätssteigerung von 73 % bei einer Reduzierung der Zykluszeit um 42 % und einer Kostensenkung um 48 %.

Einer der größten Vorteile fortschrittlicher Werkzeuge ist der kontrollierte, ständige Einsatz, sagt Monroe. Durch das Bleiben im Schnitt verbringen die Betriebe mehr Zeit mit der Herstellung von Chips, was zu kürzeren Zykluszeiten und einem höheren Durchsatz führt.

Fortschrittliche Werkzeuge erfordern fortschrittliche Werkzeugmaschinen

Monroe sagt, dass sowohl vertikale als auch horizontale Drei- und Vier-Achsen-Maschinen gut für HSM-Werkzeugwege geeignet sind, weist jedoch darauf hin, dass HPC aufgrund der Anforderungen an die Spanabfuhr bei horizontalen Maschinen eine bessere Leistung erbringt. Selbst dann empfiehlt er, sicherzustellen, dass die Maschine über Hochdruck-Kühlmittel- und Luftsysteme verfügt, die bei der Beseitigung der Späne helfen. Fünf-Achsen-Maschinen sind im Allgemeinen sowohl mit HPC- als auch mit HSM-Werkzeugwegen kompatibel. Monroe empfiehlt jedoch, auf die Beschleunigungsrate der Drehachse zu achten, da diese ein begrenzender Faktor sein kann, wenn Werkstätten das Teil nicht schnell genug neu ausrichten können, um mit der Vorschubgeschwindigkeit Schritt zu halten. Die Schwerkraft unterstützt auch die Spanabfuhr auf Fünf-Achsen-Maschinen und hilft Werkstätten dabei, aggressivere Vorschubgeschwindigkeiten zu erzielen, da Späne aus Taschen befreit werden können. Dasselbe Prinzip gilt für umgekehrte Fräs- und Drehmaschinen, die laut Monroe typischerweise über die Stabilität verfügen, um sowohl HPC- als auch HSM-Werkzeugwege zu bewältigen.

Die Einführung von Maschinen mit Spindeln mit hoher Drehzahl (40.000 U/min) und ausreichend stabilen Konstruktionen, um die volle Spannut der Werkzeuge unter Dauerlast ohne Vibrationen zu nutzen, machen HPC- und HSM-Werkzeugwege praktikabler, sagt Monroe, mit verbesserter Werkzeugstandzeit selbst bei aggressiven Geschwindigkeiten und Vorschüben. Viele moderne Maschinen bieten Spindelgeschwindigkeiten, die um 20–40 % höher sind als die, die vor fünf Jahren üblich waren, und die Materialabtragsraten sind um 100–300 % höher, sagt Monroe. Zusammen mit modernen Werkzeuggeometrien und -beschichtungen ermöglichen diese die Verwendung von Werkzeugwegen, die zu erheblichen Verbesserungen der Zykluszeiten führen und gleichzeitig die Zeit zwischen Werkzeugwechseln verlängern.