Abstechen mit Y-Achsen-Bearbeitung

Einer der Megatrends in der Fertigung der letzten Jahrzehnte ist die Vereinfachung und Minimierung der Anzahl der Bearbeitungseinstellungen, die zur Herstellung eines bestimmten Bauteils erforderlich sind. Die Märkte fordern kürzere Vorlaufzeiten und reduzierte Lagerbestände, und dies schafft einen klaren Anreiz für OEMs und vielleicht noch mehr für ihre Zulieferer, nach Wegen zu suchen, um die Komponentenproduktion so weit wie möglich zu rationalisieren.

Die Rentabilität eines bestimmten Teils kann sogar von der Fähigkeit abhängen, mehrere Einstellungen in einer einzigen Maschine zu kombinieren.

Ein Aspekt des Single-Setup-Trends ist das Hinzufügen von „Live Tooling“ oder rotierenden Werkzeugen zu Drehzentren. Um dies zu erreichen, wurden Ende der 1990er Jahre Y-Achsen-Dreh-Fräsmaschinen eingeführt. Die ersten einfachen Arten von angetriebenen Werkzeugen in Drehzentren hatten eine erhebliche Einschränkung. Da die rotierenden Messer bei den meisten Maschinenkonstruktionen einfach an den Revolver angebaut wurden, konnten sie nur in den gleichen zwei Bewegungsachsen wie die Drehmeißel angetrieben werden, also in der X- und Z-Achse. Um die Reichweite zu verbessern, wurden zusätzliche Möglichkeiten hinzugefügt, um das angetriebene Werkzeug über die Spindelfläche zu bewegen. Dies wurde erreicht, indem die angetriebenen Werkzeuge an den Revolverseiten oder an seiner Stirnseite montiert wurden, indem die Y-Achsenführungen auf einem geneigten Bett installiert wurden oder indem ein unabhängiger Fräskopf verwendet wurde. Sowohl Werkzeugmaschinenhersteller als auch -hersteller erkannten bald die Vorteile dieses Ansatzes. Jetzt, rund zwei Jahrzehnte später, ist die Y-Achse in fast allen Multitask-Maschinen Standard und in vielen neuen Drehzentren optional.

Das Hinzufügen der Y-Achse zu einem Drehzentrum sorgt für eine Winkligkeit von 90 Grad zwischen den drei Linearachsen, ähnlich wie bei einem 3-Achsen-Bearbeitungszentrum.

Herausforderungen beim Abstechen

Das Abstechen ist ein entscheidender Schritt in jedem Drehprozess, wo es erforderlich ist. Es nimmt nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Schneidzeit in Anspruch, ist aber normalerweise der letzte Arbeitsgang, bevor das Teil fertig ist. Ein Bruch des Trennwerkzeugs kann leicht zu Maschinenstillstand und Qualitätsproblemen führen, im schlimmsten Fall muss das Werkstück verschrottet werden und alle Wertschöpfung früherer Arbeitsschritte geht verloren. Materialkosten sind ein weiterer wichtiger Faktor. Besonders bei der Verarbeitung teurer Materialien, wie z. B. hitzebeständiger Superlegierungen (HRSA), besteht ein starker Anreiz, möglichst schmale Einsätze zu verwenden.

Aus diesen Faktoren ergeben sich zwei diametral entgegengesetzte Anforderungen an Abstechwerkzeuge:Sie sollten möglichst schmal und schlank sein, um den Materialverlust zu minimieren und die Reichweite des Werkzeugs für maximale Arbeitsdurchmesser zu optimieren. Schlanke Werkzeuge leiden jedoch leicht unter mangelnder Stabilität und damit unter Vibrationen und Lärm. Oberflächenbeschaffenheit und Maßtoleranzen, die durch Rattern ruiniert werden, sind im Allgemeinen inakzeptable Risiken bei Trennvorgängen. Während die Y-Achse die Möglichkeiten zum Einsatz rotierender Werkzeuge in Multitask-Maschinen und Drehzentren erheblich erweitert hat, hat diese Fähigkeit nun eine wichtige Innovation in einer der ursprünglichen Aufgaben dieser Werkzeugmaschinentypen inspiriert:Y-Achsen-Abstechen.

Dieses neue Abstechwerkzeug und -verfahren bietet erhebliche Produktivitäts- und Prozesssicherheitsverbesserungen bei potenziell jedem Abstechvorgang. Die Innovation von Sandvik Coromant, das Y-Achsen-Abstechen, basiert auf einem extrem einfachen Prinzip. Während herkömmliche Abstechwerkzeuge mit der X-Achse der Werkzeugmaschine ausgerichtet sind, wurde das Y-Achsen-Werkzeug einfach um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht, um es mit der Y-Achse auszurichten. Bei der konventionellen Trennwerkzeugkonfiguration wird die relativ lange und schlanke Schneidklinge samt Halter in einem 90°-Winkel in das rotierende Werkstück eingeführt und die größte Schnittkraft wird durch die Schnittgeschwindigkeit und der Rest durch die Vorschubbewegung erzeugt.

Vorteile des Abstechens auf der Y-Achse

Durch Drehen des Spitzensitzes um 90 Grad und Ausnutzung der Y-Achse kann das Werkzeug im Wesentlichen mit seinem vorderen Ende in das Werkstück einschneiden, was den resultierenden Schnittkraftvektor nahezu mit der Längsachse der Klinge ausrichtet. Die günstigere Kraftverteilung eliminiert kritische Spannungen herkömmlicher Klingen und erhöht die Biegesteifigkeit bei einer maximalen Schnitttiefe (CDX) von 60 mm (2,36 Zoll) um mehr als das Sechsfache . Oder umgekehrt, die Anfälligkeit für plastische Verformungen und Instabilitäten liegt bei einem Sechstel im Y-Achsen-Design im Vergleich zu den für herkömmliche Stechmesser typischen Verformungen. Die mehr als 500 % Steigerung in der Blattsteifigkeit ermöglicht wesentlich höhere Vorschübe und längere Auskragungen ohne Stabilitätsverlust, was folglich die Produktivität des Werkzeugs gleichermaßen verbessert. Die allgemeine Empfehlung zum Abstechen von Stangen ist, den Überhang (OH) zu minimieren oder bei einem langen OH eine leichte Schnittgeometrie zu verwenden oder den Vorschub zu reduzieren. Ein üblicher Schwellenwert für reduzierten Vorschub ist ein OH, der das 1,5-fache der Blatthöhe überschreitet. Mit Y-Achsen-Werkzeugen können längere Überhänge erreicht werden, ohne sich mit suboptimalen Vorschüben, Schnittgeometrien oder Werkzeugabmessungen zufrieden zu geben.

Dank der erhöhten Steifigkeit und der daraus resultierenden geringeren Biegung können Y-Achsen-Werkzeuge die Notwendigkeit von Einstellungen über der Mitte beseitigen und die damit verbundenen Nachteile wie vorzeitige Wendeplattenbrüche beim Drücken durch die Mitte und schnellen Flankenverschleiß verhindern. Weitere Vorteile sind niedrigere Geräuschpegel, bessere Oberflächengüte und ein zuverlässigerer Prozess sowie die Möglichkeit, größere Durchmesser als derzeit möglich abzustechen.

Maschinenspezifische Aspekte des Y-Achsen-Abstechens

Drehzentren: Wird im Allgemeinen für die Massenproduktion aus Stangenmaterial verwendet, typischerweise mit einem Durchmesser von 65 mm (2,56 Zoll). Bei dieser Art der Bearbeitung sind die größten Vorteile des Y-Achsen-Abstechens die verbesserte Produktivität und Oberflächenqualität. Auch die Möglichkeiten zur Qualitätsoptimierung können interessant sein, da das Abstechen typischerweise der letzte Schritt eines Bauteils ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Bearbeitungsökonomie durch Reduzierung der Abstechbreite zu verbessern.

Multitasking-Maschinen: Y-Achsen-Trennklingen bieten in erster Linie eine verbesserte Zugänglichkeit und Fähigkeit für größere Durchmesser. Ein Vorabtest bestätigte eine 50 %-Steigerung im Überhang beim Schneiden einer Stange mit herkömmlichem Durchmesser von 120 mm bei maximaler Vorschubkapazität der Wendeschneidplatte. Eine 300 % Produktivitätssteigerung wurde ohne Komplikationen bei der Prozesssicherheit erreicht. In einem Kundentestfall ersetzte das Trennen auf der Y-Achse erfolgreich das Bandsägen für einen Inconel-Stangendurchmesser von 180 mm, was zu einer erheblichen Produktivitätssteigerung dank drastisch kürzerer Bearbeitungszeiten führte.

Schrägbettmaschinen: Typischerweise erzeugt die X-Achse eine "Höhe", die zur Vorderseite der Maschine geneigt ist, mit Spindeln an einem oder beiden Seitenenden des Schrägbetts, und der Verfahrweg der X-Achse ist normalerweise wesentlich länger als der Verfahrweg der Y-Achse. Die daraus resultierenden Einschränkungen des Arbeitsraums müssen berücksichtigt werden, wenn die Verwendbarkeit des Trennens mit der Y-Achse für eine bestimmte Komponente in Betracht gezogen wird. In einer Multitask-Maschine, die im Wesentlichen als Bearbeitungszentrum mit Drehoption charakterisiert werden könnte, typische Werkzeugbaugruppen wie Coromant Capto® C6 oder HSK63T Klingenadapter, sind oft relativ lang, um eine ausreichende Reichweite zwischen Hauptfutter und Hilfsfutter zu ermöglichen. Aus diesem Grund ist der Gesamtaufbau in der X-Richtung im Vergleich zur Y-Achsenlast schwach, wo die Schneidkraft in die Werkzeuganordnung und in die Maschinenspindel geleitet wird. Typische Y-Achsen-Werkzeugbaugruppen, die normalerweise auf einem VDI-Adapter oder einem anschraubbaren Messeradapter für die maschinenangepasste Spanneinheit (MACU) basieren, sind lang und schlank, um zwischen Haupt- und Gegenspannfutter zu gelangen und ein nahes Abstechen zu ermöglichen Futter.

Erste Schritte

Eine Investition in das Y-Achsen-Abstechen ist in erster Linie eine Änderung der Herangehensweise an Abstechoperationen und der damit verbundenen Arbeitsweisen. Es bietet eine Möglichkeit, die Fähigkeiten von Maschinen, die bereits mit einer Y-Achse ausgestattet sind, besser zu nutzen. Alternativ ist es eine Option, die die Produktivität von Trennvorgängen in einer neuen Maschine oder einem geänderten Prozessaufbau erheblich steigern kann. Das Y-Achsen-Abstechen kann sogar eine Chance bieten, den Werkzeugbestand zu reduzieren, da weniger Spezialklingen benötigt werden, da die neuen Y-Achsen-Klingen in Standardadapter passen und standardmäßige CoroCut® QD-Wendeschneidplatten verwenden .

Als praktische Überlegung sollte beachtet werden, dass sich die Schneidkante 7 mm (0,276 Zoll) über der Position Y =0 befindet, wenn sie an einem Standardklingenadapter montiert ist. Der Bediener sollte darauf achten, dass dieser Überstand im CNC-Programm kompensiert wird.

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