Mit einer Innovation in der Superfinish-Oberflächenfeinstbearbeitung kam Thielenhaus Technologies, Wuppertal, zur AMB: mit dem neu entwickelten Verfahren Hyperfinish, das eine Verkürzung der Bearbeitungszeiten um bis zu 35 Prozent ermöglicht. Je nach Werkstück und Aufgabe sollen sich auch bessere Qualitäten erreichen lassen. Beim Hyperfinish-Verfahren wird die konventionelle Superfinish- Oszillation des Werkzeugs mit einer hochfrequenten Radialoder Linearschwingung überlagert, die über 3600 Doppelhübe pro Minute (60 Hz) betragen kann. Durch die höheren Oszillationsfrequenzen ergibt sich ein deutlich größerer Abtrag pro Zeiteinheit,  was letztlich auch Betriebskostenspart. 

Deutliche Prozessverkürzung 

Superfinishmaschinen

Hyperfinish 

Die Kurbelwellenbearbeitung erfordert häufig Sondermaschinen und -werkzeuge. Flexible Lösungen helfen, die Kosten zu senken. Mit dem Bandfinishwerkzeug dFlex, das einen  großen Durchmesserbereich abdeckt, gelingt die Endbearbeitung ohne Werkzeugwechsel.   

Kurbelwellenlagerbearbeitung, flexible Werkzeuglösung, gesteigerte Abtragsleistung 

Mechanisches Bearbeiten manuell

Ein Bandfinishwerkzeug  für alle Fälle  

Mit der Maschinenpremiere der Baureihe ›Face‹ wartet Supfina Grieshaber zur Metav auf. 

Planfinish-Maschine 

Technologien für Oberflächen 

Der niederländische Hersteller Hembrug Machine Tools stellt mit der Mikroturn 100  Mikrofinish eine vollständig hydrostatische Drehmaschine mit integriertem Bandfinishgerät vor. 

Microfinish-Kombimaschine 

Hartdrehmaschinen

Komplettbearbeitungsmaschinen

Kombination für feine Oberflächen 

Planbearbeitung am Limit erfordert den richtigen Prozess zum Bauteil. Supfina präsentiert auf der GrindTec erstmals die neue Feinschleifmaschine Spiro F7. Damit kann der Finishspezialist seinen Kunden künftig stets das Optimum aus drei Präzisionsverfahren anbieten. 

Feinschleifen, Doppelseitenschleifen, Planfinish 

Schleifmaschinen

Flachschleifmaschinen

Herausforderung Planfläche 

Im Vergleich zu der visionären Industrie-4.0-Welt wirkt der Werkzeugmaschinenbau geradezu bodenständig. Dabei überrascht selbst eine so ausgereifte Technik wie die Verzahnungsbearbeitung mit enormen Zuwächsen an Geschwindigkeit und Qualität.  

Verzahnen, Wälzschleifmaschinen, Feinschleifen, topologisches Wälzschleifen, Abrichten 

Verzahnmaschinen

Verzahnen

Innovationen beim  hochproduktiven Wälzschleifen 

Mit dem Vier-Spindel-Automaten PowerCube stellt Thielenhaus eine extra schnelle Bandfinishmaschine vor, welche die Präzisionsbearbeitung von wellenförmigen Teilen, Lager- und Dichtsitzen mit einer sehr hohen Produktivität ermöglichen soll. Verkürzte Zykluszeiten ergeben sich nicht über die Dauer des Werkzeugeingriffs, sondern durch die Reduktion der Maschinennebenzeit und der Rüstvorgänge. Dazu zählen etwa die einfach gestalteten Band- und Andrückrollenwechsel sowie eine sehr gute Zugänglichkeit des Arbeitsraums. Optionale NC-Achsen unterstützen den Rüstvorgang bei häufigen Typwechseln. Die schnell verstellbaren Bandfinisheinheiten sorgen für eine flexible Anpassung auf unterschiedlichste Werkstücke, die im Standardarbeitsraum Maße bis zu 50 mm Durchmesser und 400 mm Länge aufweisen können. 

Bandfinishmaschine 

Produktive Feinstbearbeitung 

Die oberflächen- und geometrieverbessernde Feinstbearbeitung gewinnt an Bedeutung. Für enge Toleranzen bei der Maß- und Formgenauigkeit oder kleine Losgrößen präsentiert Thielenhaus Microfinish verschiedene Aufsatzgeräte für Trägermaschinen. Damit lassen sich die Vorteile des Microfinish-Verfahrens auch auf herkömmlichen Dreh-, Schleif- oder Fräsmaschinen nutzen, um Oberfläche, Rautiefe, Welligkeit und Traganteil der Werkstücke zu verbessern. Alle Aufsatzgeräte bestehen im Wesentlichen aus einem elektrischen Antrieb für schnelle Kurzhubbewegungen sowie dem oszillierenden Band- oder Steinwerkzeug. So können Oberflächenrautiefen von Ra = 0,01 µm bei Walzen und Rz = 0,3 µm bei Lagerstellen erzeugt werden. Auch eine Oberflächenstruktur mit definierten, sich kreuzenden Riefen für bessere tribologische Eigenschaften ist machbar. 

Microfinish-AUfsatzgeräte 

Bearbeitungseinheiten

Günstig feinstbearbeiten 

Auf der AMB (Halle 8, Stand B54) präsentiert der Wolfacher Maschinenbauer Supfina Grieshaber erstmalig die neue, für die vollautomatisierte Fertigung optimierte Planfinishmaschine Supfina Face. Das neuentwickelte System des Spezialisten für Oberflächenbearbeitung bietet sich als schnelle und flexible Anlage für die vollautomatisierte Serienfertigung bei mittleren und großen Stückzahlen an.

Für die vollautomatisierte Serienfertigung 

Werkzeugmaschinen für die Mikrobearbeitung

Oberflächentechnik

AMB 2016: Planfinishmaschine Supfina Face 

Die neue Supfina-Superfinish-Maschine LCM Crank (Bild) ist laut Hersteller die wirtschaftliche Lösung für vielfältigste Superfinish-Anwendungen an Kurbelwellen bei kleinen und mittleren Stückzahlen. Die Maschine wurde als Ergänzung der hochproduktiven  CenPro- und der flexibel an verschiedenste Werkstücke und Bearbeitungsaufgaben anpassbaren CenFlex-Reihe entwickelt. Anwender, die kleine und mittlere Stückzahlen flexibel  bearbeiten möchten, finden in der LCM Crank ein maßgeschneidertes Produkt, mit dem Haupt-, Pleuel-, Passlager und Dichtsitze an Kurbelwellen bearbeitet werden können. Das modulare Baukastensystem ist ausgestattet mit modernster Maschinentechnologie. Supfina ist davon überzeugt, dass dieses die hohen Anforderungen an Qualität und Prozesssicherheit der Automobil- und Zulieferindustrie erfüllt. 

Superfinish-Maschine 

Schleifen, Polieren

Perfektion zum guten Preis 

Eine richtungsweisende Innovation im Bereich der Planfinish-Bearbeitung will Thielenhaus Microfinish auf der AMB vorstellen: Auf Basis der bewährten und flexiblen Plattform MicroStar ist es dem Höchstpräzisionsmaschinen-Hersteller gelungen, die erste selbstregelnde Planfinish-Maschine zu entwickeln. Die 8-Stationen-Maschine für die Kombinationsbearbeitung hat gerade erste Testreihen erfolgreich durchlaufen. Sie soll nicht nur für die hundertprozentige Einhaltung aller Zeichnungswerte bei hochgenauen Werkstücken, sondern auch für eine Prozesskettenverkürzung sor-gen und damit erhebliche Kosteneinsparungen generieren. Bei häufig wechselnden Werkstückvarianten sollen darüber hinaus die extrem verkürzten Rüstzeiten positiven Einfluss auf die Ausbringung haben. Durch die Selbstüberwachung wird zudem Messraum-Kapazität eingespart und der Bediener wesentlich entlastet, so Thielenhaus. 

Erste Maschine mit Selbstregelung 

Der Schweizer Zulieferer Urben + Kyburz erfreut sich dank einer Feinschleifmaschine des Typs Spiro F7 von Supfina einer gesteigerten Wettbewerbsfähigkeit bei Mobilhydraulik-Teilen. 

Feinschleifmaschine, Planparallelität, Oberflächengüte, Prozesskette 

Flexibel, präzise, reproduzierbar 

Neben der neuen Feinschleifmaschine ›Spiro F7‹ mit Automation präsentiert Supfina auf der EMO erstmals die kleine Schwester ›Spiro F5‹. Beide Maschinen erweitern diese Serie für die hochpräzise Planbearbeitung, die F5 speziell in Richtung kleinerer Werkstücke. Die Spiros stehen laut Hersteller für serienmäßig erzeugte Oberflächen in Hochpräzision bei niedrigen Stückkosten. Ihr modularer Aufbau erlaubt den Einsatz der Maschinen in den unterschiedlichsten Industrien. Ein weiteres EMO-Highlight ist die neue Superfinish-Maschine ›CenPro S‹, womit Supfina dem Trend zum Downsizing bei Pkw-Motoren folgt. Für das Superfinishen bedeutet dies steigende Anforderungen sowohl an die Oberfläche der Haupt- und Pleuellager als auch an deren Mikrogeometrie, da die Kurbelwellenlager in Durchmesser und Breite stets kleiner werden. Dafür kombiniere die Neuheit hohe Werkstückqualität mit kurzen Taktzeiten bei geringer Aufstellfläche und niedrigen Kosten. Das prädestiniere die modulare ›CenPro S‹ für die Serienproduktion kleiner und mittelgroßer Kurbelwellen, insbesondere für Drei- und Vierzylinder-Motoren. 

Superfinish-MaschineN 

Aller guten Innovationen sind drei 

Im Rennsport kann die Oberflächengüte der Komponenten  entscheidend sein. Streamfinishen erschließt Leistungsreserven. 

Oberflächenbearbeitung, Streamfinishen, Rennsport-Bauteile 

Reibung unerwünscht 

Für die Massenfertigung flacher Präzisionsteile präsentiert Thielenhaus im Verbund mit Nissei eine wirtschaftliche und kompakte Doppelseiten-Planschleifmaschine. Bei der Konstruktion stand Präzision im Vordergrund: eine hohe Steifigkeit durch einen geschlossenen Box-Rahmen, geschmiedete Werkzeugspindeln, sinnvoll positionierte Spindel-Tiltungsmechanismen und temperaturunempfindliche doppelwandige Rahmen sind Beleg dafür. Eine schwenkbare Transportscheiben-Konsole ermöglicht es zudem, Schleifscheiben bequem durch die große Front-Öffnung zu wechseln. 

Doppelseiten-Planschleifen 

Wirtschaftlich und kompakt 

Die ‘NaSphere’-Superfinishzentren von Nagel können nicht nur ballige oder konkave Flächen feinbearbeiten, sondern bei Bedarf auch Prozesse wie Schleifen, Honen, Polieren, Reiben, Bohren oder Bürsten verrichten.

Die Feinstbearbeitung von balligen oder konkaven Flächen, vor allem von Kugelflächen, ist eine besondere Herausforderung. Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik in Nürtingen hat dafür sowohl spezialisierte als auch vielseitige Maschinen im Programm: die ‘NaSphere’-Superfinishzentren. Vielseitig deshalb, weil bei Bedarf neben dem Finishen auch Prozesse wie Schleifen, Honen, Polieren, Reiben, Bohren oder Bürsten durchführbar sind.

Wenn für eine sphärische Fläche (Kugelfläche) eine hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeit verlangt wird, führt kein Weg an einer dafür spezialisierten Superfinishmaschine vorbei. Hochwertige Kugelflächen finden sich vor allem in Gelenken. Ein wichtiges Beispiel sind Kugelkolben für Axialkolbenpumpen und -motoren, die zuhauf in der mobilen Hydraulik vorkommen, z. B. in Schwerlast-, Land- und Baumaschinen. Diese Komponenten wandeln ein Drehmoment in hydraulische Energie um und umgekehrt.

Besonders hohe Anforderungen an Kugeloberflächen gibt es in der Medizintechnik, etwa bei Hüftimplantaten. Hier werden meist Oberflächenqualitäten gefordert die durch reine optische Beurteilung auf Makel geprüft werden. Eine Herausforderung, nicht zuletzt mit Blick auf die Werkstoffe. „Unsere NaSphere-Superfinishzentren sind für die einfachsten wie auch die höchsten Anforderungen, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik vorkommen, entwickelt worden. Sie eignen sich sowohl für die Bearbeitung von verschiedenen Stählen wie auch für keramische und weitere legierte Werkstoffe“, erklärt Christian Feuchter, zuständig für den technischen Verkauf bei Nagel in Nürtingen.

Besondere Anforderungen, besonderes Maschinenkonzept

Das Superfinishen sphärischer Flächen erfordert ein eigenes Maschinenkonzept: Während bei Wellen und wellenähnlichen Werkstücken oszillierende Werkzeuge verwendet werden, die sich entlang der Werkstückachse bewegen, d. h. Steine und Bänder, kommen bei der Bearbeitung von Kugelflächen rotierende Werkzeuge zum Einsatz, mithin Werkzeuge, die in einer Spindel aufgenommen werden. Als Schneidmittel eignen sich, wie bei oszillierenden Steinen, Siliziumkarbid, Korund, CBN oder Diamant in Keramik, Metall- oder Kunststoffbindung. Neben dem Einsatz von Standard Schneidmitteln wird ständig an neuen Schneidmittel mit der Firmentochter Elgan gearbeitet. Das Finishen von Kugelflächen zählt daher zur Gruppe der Steinfinish-Technologien. Für die allermeisten Anwendungen ist Honöl, für eine geringe Zahl auch Emulsion der optimale Kühlschmierstoff.

Das Werkstück wird meistens in einem schwenkbaren Spannsystem gespannt. Dadurch ist es möglich, die Bearbeitung im Gegenlauf durchzuführen. Die Schwenkbewegung ist wichtig, wenn eine genaue Kugelform erzeugt werden soll. Im Werkzeug wird bei der Herstellung dasselbe Flächenprofil eingearbeitet, wie es für das Werkstück verlangt wird, konvex oder konkav.

Um eine maximale Qualität, Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit zu erzielen, enthalten die NaSphere-Maschinen eine hochsensible und intelligente Elektronik. So etwa eine sensorische Kugelmittenzentrierung, Kraftsensoren zur Optimierung der Prozessqualität, eine Werkstückhöhenmessung während der Bearbeitung und eine Anfahrerkennung für neue Werkzeuge.

Genau genommen ist ein Werkzeug für Kugelformen nur ein Spezialfall. Genauso kann ein einfaches Topfwerkzeug in die Werkzeugspindel gespannt werden, um plane Flächen zu bearbeiten. Auch das ist ein häufig realisierter Anwendungsfall auf den NaSphere-Zentren. Das Paradebeispiel dafür sind Planetenräder. Meistens sind beide Seiten zu finishen. Hat der Nutzer Betreiber ausschließlich Planflächen zu bearbeiten, kann er auch auf das kostengünstige NaPlan-Maschinenkonzept ausweichen. Die NaSphere-Zentren sind aber vielseitiger und bieten dem Anwender die größtmögliche Flexibilität. So lassen sich mit ihnen unterschiedliche Prozesse kombinieren, um gegebenenfalls Komplettbearbeitungen durchzuführen.

Möglich wird dies durch eine Modulbauweise und standardisierte Spindelantriebe für die Werkzeuge. Demzufolge sind neben dem Hauptprozess Superfinishen auch Bearbeitungen wie das Außen- und auch Innenschleifen, Honen, Polieren oder Bürsten in eine NaSphere-Maschine integrierbar. Für Schleifprozesse stehen Spindeln mit Drehzahlen bis 12.000 min-1 zur Verfügung. „Für die Bohrungsbearbeitung sind auch schon Reib-und Honahlen auf einer NaSphere-Maschine einsetzbar. Dank dieser großen Vielseitigkeit spart der Anwender teils hohe Kosten, denn das Umspannen auf andere Maschinen erübrigt sich“, fügt Feuchter hinzu.

Typische Werkstücke für Komplettbearbeitungen sind Planetenräder: die beiden Planflächen sind in der Regel zu schleifen und zu finishen, die Bohrung in den meisten Fällen zu schleifen und zu honen. Ein weiteres Beispiel sind Einspritzpumpenteile: Die Außendurchmesser werden geschliffen, die Anlageflächen gefinisht und eine Bohrung gerieben oder gehont. Alle Prozesse sind auf einer NaSphere-Maschine durchführbar. Bei Bedarf ist abschließend mit Bürsten eine Kantenverrundung durchführbar.

Ein NaSphere-Zentrum wird so gut wie immer für den Kunden konzipiert. Christian Feuchter dazu: „Wir konfigurieren die Maschinen quasi aus einem Modulbaukasten um die Aufgabenstellung herum. Beispielsweise kann die Zahl der Spindeln bzw. Bearbeitungsstationen stark variieren, sie hängt von Faktoren wie Abtragsrate, Taktzeit und Oberflächenqualität ab. Daneben gibt es horizontale oder vertikale Spindelanordnungen. Im Fall vertikaler Spindeln ist außerdem ein linearer oder Rundtakt-Maschinenaufbau möglich.“ Für die hohen Anforderungen in der Medizintechnik sind beispielsweise drei- oder vierstufige Prozesse die Regel.

Im Bereich Sonderlösung bedeutet dies, dass sich die Konstrukteure in Nürtingen bezüglich der Auswahl wichtiger Komponenten für Pneumatik, Elektronik, Messtechnik usw. über den technischen Vertrieb mit den Kunden abstimmen, um deren Standards zu entsprechen. In Sachen Steuerung bekommt der Anwender die neueste Technik an die Hand. Feuchter: „Wir haben inzwischen den Generationswechsel von der Siemens 840D zur Sinumerik One vollzogen.“

In hohem Grade anwendungsspezifisch ist auch das Werkstück-Handling. Planetenräder mit beidseitiger Bearbeitungsfläche sind beispielsweise auf der Maschine zu wenden. Auch für solche Aufgaben liefert Nagel entsprechende vollautomatisierte Lösungen, um die Taktzeiten zu minimieren. Ein Robotik-Team kümmert sich außerdem um die Anbindung der Maschinen an vorhandene externe Systeme. „Die Integration in vollautomatisierte Fertigungsketten gehört mittlerweile zu unseren Standardaufgaben, das gilt auch für die NaSphere-/NaPlan-Maschinenkonzepte“, bekräftigt abschließend Christian Feuchter.

Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH  

https://www.nagel.com

Beim Superfinishen von Kugelflächen kommen rotierende Werkzeuge zum Einsatz (obere Bildhälfte). Das Werkstück wird in der Regel in ein schwenkbares Spannsystem eingespannt (untere Bildhälfte). Die Schwenkbewegung ist wichtig, wenn eine exakte Kugelform erzeugt werden soll. Werkzeug und Werkstück drehen sich im Gegenlauf. Als Kühlschmiermittel wird fast immer Honöl verwendet

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Typische Werkstücke für das Superfinishen von Kugel- und Planflächen auf NaSphere-/NaPlan-Maschinen

Planbearbeitung eines Planetenrads auf einer NaSphere-Maschine. Bei diesem Prozess steht das Dreibackenfutter fest

Die NaSphere-Superfinishmaschinen von Nagel sind für kombinierte Bearbeitungen auslegbar. Das Beispiel zeigt drei Stationen (von rechts nach links): Superfinishen einer Kugelfläche, einer Planfläche, Bürsten der Übergänge

Planetenräder sind typische Beispiele für eine Prozesskombination: die Stirnflächen werden gefinisht und die Bohrung je nach Zustand geschliffen und gehont oder nur gehont, das Kreuzmuster ist deutlich sichtbar

Für das Finishen sphärischer oder Planflächen werden Topfwerkzeuge verwendet. Diese werden unteranderem von der Tochter Firma Elgan in Nürtingen entwickelt und gefertigt

2023-04-04 Nagel

Nagel | Superfinishen | NaSphere | ballig oder konkave Flächen

Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH ist führender Spezialist auf dem Gebiet der Hon- und Superfinishtechnologie. Seit über einem halben Jahrhundert entwickelt das Unternehmen innovative Lösungen auf diesen Gebieten und trägt damit wesentlich dazu bei, den technologischen Vorsprung der Kunden zu sichern. Und das mittlerweile auf vier Kontinenten. Die Maschinen, Werkzeuge und Dienstleistungen von Nagel sorgen für ein Höchstmaß an Qualität, Produktivität und Prozesssicherheit.

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

ausgabe 03/2023

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