Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erklärt: Techniken, Geschichte und Anwendungen

Geschichte der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitungstechnologie wurde ursprünglich in den 1920er Jahren vom deutschen Erfinder Dr. Carl Salmon entwickelt. Er erkannte, dass für bestimmte Werkstückmetalle die an der Grenzfläche zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück erzeugte Wärme bei einer bestimmten kritischen Spindeldrehzahl ihren Höchstwert erreicht.

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wird zur Herstellung von Formen mit komplexen Kern- und Kavitätengeometrien sowie für Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Es handelt sich um ein Verfahren, das sich auf sehr schnelle, aber sehr leichte, niedrigdruckige Schnitte konzentriert. Diese schnellen Schnitte bedeuten eine insgesamt höhere Materialabtragsrate.

Definition der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Mit der Entwicklung der Hochgeschwindigkeits-Schneidtechnologie wird die Anwendung der Hochgeschwindigkeitsfrästechnik immer umfangreicher und zieht zunehmend die Aufmerksamkeit von Fertigungsunternehmen und Forschern auf sich.

Herkömmliche Fräsverfahren verwenden niedrige Vorschübe und große Schneidparameter, während Hochgeschwindigkeitsfräsen hohe Vorschübe und kleine Schneidparameter nutzt.

Die Spindeldrehzahl beim Hochgeschwindigkeitsfräsen liegt allgemein bei 15.000–40.000 min⁻¹, bis zu 100.000 min⁻¹. Beim Schneiden von Stahl beträgt die Schnittgeschwindigkeit ca. 400 m/min – das 5- bis 10-fache des konventionellen Fräsens.

Missverständnisse zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

In der Fertigungsindustrie gibt es jedoch viele Missverständnisse über Hochgeschwindigkeitsfräsen:

• Hochgeschwindigkeitsfräsen ist nur eine Fräsmaschine mit Hochgeschwindigkeitsspindel
• Je höher die Spindeldrehzahl, desto schneller die Bearbeitung
• Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine ist eine neue Technologie, die nur konventionelle Fräsmaschinen ersetzt
• 20.000 min⁻¹ Spindel reicht für Formenbau aus
• Hochgeschwindigkeitsfräsen beschleunigt nur die Achsantriebe
• Hochgeschwindigkeitsfräsen kann nur Elektroden bearbeiten

Hochgeschwindigkeitsfräsen ist eine neue Technologie und Anwendungsphilosophie:

Um die Effizienz des Hochgeschwindigkeitsschneidens voll auszuschöpfen, muss jeder Glied eng zusammenarbeiten. Wenn ein Glied nicht gut abgestimmt ist, kann die Effizienz des Hochgeschwindigkeitsschneidens nicht genutzt werden.

• Hochgeschwindigkeits-Werkzeughalter und Werkzeuge
• Hochgeschwindigkeitsspindel
• Hochdynamische XYZ-Achsen
• Hochgeschwindigkeits-CNC-Steuerung
• Hochgeschwindigkeits-Programmierstrategie

Bevor das Werkzeug das Werkstück berührt, müssen fünf Aspekte berücksichtigt werden:

• Materialart und -eigenschaften
• Bearbeitungsstrategie
• Werkzeugtyp-Auswahl
• Schnittdaten, Werkzeugauswahl und Werkzeugwuchten
• CAM-Programmierung
• Materialauswahl

Anwendungsbereich der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

1. Um die Spindelspezifikationen abzustimmen und Bearbeitungsstabilität und -sicherheit zu gewährleisten, sollte der Werkzeugdurchmesser 16 mm nicht überschreiten (HSK-E40).
2. Im Vergleich zum konventionellen Fräsen ist die Abtragsrate beim Hochgeschwindigkeitsfräsen relativ gering, was es sehr geeignet für Kleinteile- und Formenbauanwendungen macht.
3. Es kann auf neue Bearbeitungsanwendungen wie Blechbearbeitung und Mikrobearbeitung angewendet werden.
4. Es ist ein neues Verfahrenskonzept für weiche oder extrem harte Materialien.

Herausforderungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung stellt die Werkstatt auch vor neue Herausforderungen, die Materialauswahl, Spindelleistung, zulässige Werkstückgeometrie, verfügbaren Werkstattplatz, Teilekomplexität, CNC-Maschinen (für Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt) und Bedienerausbildung für einen erfolgreichen Betrieb berücksichtigen müssen.

Bei der Werkstückgeometrie können beispielsweise innere oder „versteckte“ Schnitte die maximale Tiefe von Unterschnitten begrenzen, warnt der Hersteller. Was die CNC-Maschine selbst betrifft: Maschinen, die nicht für Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet sind, können viele gebrochene Formen und Schrott produzieren.