Lang Technik GmbH  

https://www.lang-technik.de

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Handling, Handhabungstechnik für die spanende Fertigung

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Gegründet im Jahr 1972, nimmt die heutige ISCAR Germany GmbH im weltweit agierenden Produktions- und Vertriebs-Netzwerk der IMC-Group eine führende Position ein. Aus kleinen Anfängen heraus entwickelte sich die deutsche GmbH vom zunächst reinen Vertriebs- und Servicestützpunkt zu einem Fullservice-Dienstleister mit heute rund 310 Beschäftigten. Der Verkauf der Standardwerkzeuge über die eigene Vertriebsorganisation und über den Fachhandel wird unterstützt durch eine umfassende Technik- und Anwendungsberatung. Für den wachsenden Bereich der Kombi-, Multifunktions- und Sonderwerkzeuge stehen erfahrene Konstrukteure zur Verfügung. Die Herstellung der Sonderwerkzeuge findet hauptsächlich in der Zentrale in Ettlingen statt. Damit sind kurze Kommunikations- und Logistikwege gewährleistet, ohne die das Know-how trächtige Geschäft mit anspruchsvollen und komplexen Sonderwerkzeugen gar nicht zu bewerkstelligen wäre. Mit dieser konsequent praktizierten Markt- und Kundennähe hat sich die ISCAR Germany GmbH in vielen Anwendungsfällen als kompetenter und stets zuverlässiger Problemlöser bewährt. In dem modernen Schulungszentrum und Tech-Center in Ettlingen schult und informiert ISCAR seine Kunden über innovative Technologien und Produktneuheiten.

ISCAR Germany GmbH  

https://www.iscar.de

Beschichtungen für Präzisionswerkzeuge (CVD, PVD)

Bohrwerkzeuge

Diamantwerkzeuge (definierte Schneide)

Dienstleistungen

Drehwerkzeuge

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Schab- und Entgratwerkzeuge

Schneidstoffe für Präzisionswerkzeuge

Schneidsysteme

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Schwerzerspanung

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Wendeschneidplatten

Werkzeuge für Leichtbauwerkstoffe

Werkzeuge für Schwerzerspanung

Werkzeugspanntechnik

Werkzeugwechsler, spanend

Werkzeugmaschinenkomponenten

Variierende Zustände verschlissener Eisenbahnräder erschweren die Parametrierung des Zerspanungsprozesses zur Rekonturierung. Die Erfassung von Werkstückeigenschaften vor dem Drehprozess ermöglicht das Ableiten von bauteilspezifischen Prozesseinstellgrößen.

Abbildung 1: Übliche Schadensbilder auf Radlaufflächen

Prozesssimulation

Software

Simulation

Form- / Oberflächenmesstechnik

Messtechnik

Oberflächenmessgeräte

Messgeräte für Drehzahl

Mechanische Messtechnik

Prozessregelung in der Radsatzbearbeitung

Im Forschungsprojekt ›ProRad‹ untersuchen das IFW Hannover und die Qass GmbH in Zusammenarbeit mit der Firma Hegenscheidt MFD und der Deutschen Bahn, wie der Drehprozess zur Aufarbeitung verschlissener Räder sensorbasiert optimiert werden kann. Dabei wird die Anwendung einer Sensortechnik zur Messung des Barkhausenrauschens getestet.

Übliche Schadensbilder auf Radlaufflächen

Sensoren / Messwertaufnehmer

Luftfahrt

Industrie 4.0 für die spanende Fertigung

Industrie 4.0

Digitaler Zwilling

Drehprozessregelung in der  Radsatzbearbeitung

Fast 16 Prozent weniger Umsatz, 45 Prozent Kurzarbeit und ein viertes Quartal, dass deutlich besser lief als erwartet – der Verband der Deutschen Drehteile-Industrie befragt seine Mitglieder und zieht eine Bilanz für das Jahr 2020.

Deutsche Drehteile-Industrie: Im vierten Quartal 2020 stieg die Nachfrage unerwartet

Dreh- und Frästeile

Mechanische Konstruktionselemente

Drehfräs-Zentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Drehmaschinen

Lagebericht des Verbands der Drehteile-Industrie

Die Paul Horn GmbH hat gemeinsam mit der Kistler Gruppe die einzigartige Lösung zur Echtzeit-Werkzeugüberwachung von Drehbearbeitungen weiterentwickelt. Das Piezo Tool System (PTS) besteht aus einem Kraftsensor, der in das Drehwerkzeug präzise eingebaut wird und Aufschluss über den Zustand des Werkzeugs während der Bearbeitung gibt. Die Abtastrate liegt bei 10 000 Hz. So können auch sehr kleine Zerspankräfte gemessen werden.

Werkzeugüberwachung

Sensorbestückte Drehwerkzeughalter

WFL Millturn Technologies ist weltweiter Technologieführer im Bereich der Zerspanungstechnik und das einzige Unternehmen, welches sich auf die Komplettbearbeitung mit einer ganzen Palette von MILLTURN-Maschinen konzentriert.

WFL Millturn Technologies GmbH & Co. KG 

https://www.wfl.at

Bearbeitungszentren

Drehzentren

Flexible Fertigungssysteme

Fräsmaschinen

Horizontale Bearbeitungszentren

Komplettbearbeitung

Komplettbearbeitungsmaschinen

Laser-Bearbeitungsmaschinen

Logistiksysteme Software

Rapid Manufacturing

Additive Fertigung

Retrofit

Instandhaltung

Softwaretools für die Zerspanung

Titanlegierungen

NE-Metalle

Metall Werkstoffe

Ein neues Koffersortiment zum Arbeiten mit dem Stirnseitenmitnehmer CoAE präsentiert der Spannmittelhersteller Röhm.

1 Anwendungsprinzip des Stirnseitenmitnehmers CoAE auf einer CNC-Drehmaschine (eingespannt in Röhm-Kraftspannfutter mit Aufnahmehülse) mit Gegenspannung durch die Spitze und mittiger Abstützung mit Lünette

Koffersortiment  zum Drehen und Fräsen

Die neue kompakte Miyano ANX-42SYY-Kurzdrehmaschine von Citizen mit zwei Y-Achsen sowie Haupt- und Gegenspindel meistert dank LFV-Spanbrecher-Technologie und Fanuc-Steuerung die Komplettbearbeitung auch komplexer Teile aus schwer zerspanbaren Werkstoffen.

Simultane Bearbeitung, die bei Citizen auch Superimposed-Überlagerungsmodus genannt wird

Steuerungen / CNC für Werkzeugmaschinen

Steuerungen (Hardware und Software)

Drehautomaten

Vielseitig, innovativ und spanbrechend

Das innovative Robotersystem von Okuma ermöglicht Unternehmen aller Größenordnungen Effizienzsteigerungen durch Automatisierungslösungen der nächsten Generation.

Einstieg in Robotik der Zukunft mit GENOS L3000 STANDROID

Das neue Werkzeugmesssystem NC4+ Blue von Renishaw verfügt erstmals über einem blauen Laser und bringt weitere technologische Verbesserungen mit.

Fräsdreh-Zentren

CAQ-Systeme im Maschinenbau

Schleifwerkzeuge

CAQ-Systeme im Automobil- / Fahrzeugbau

Feinstbearbeitung / Finishen

CAQ-Systeme in der Feinmechanik und Optik

CAQ-Systeme in der Luft- und Raumfahrttechnik

Hybride Werkzeugmaschinen

Medizintechnik

Mit dem Blauen sieht man besser

Seit mehr als 25 Jahren entwickeln wir innovative CAD/CAM-Lösungen und sind einer der internationalen Technologieführer. Dabei setzen die leistungsstarken hyperMILL-Bearbeitungsmethoden weltweit Standards in allen Branchen, vom Werkzeug- und Formenbau bis zu Medizintechnik, Aerospace und Automobilindustrie, und machen uns zu einem der gefragtesten Lösungsanbieter für die maschinen- und steuerungsunabhängige NC-Programmierung.

OPEN MIND Technologies AG  

https://www.openmind-tech.com

CAD Werkzeug-, Formenbau

CAM für die Zerspanung

Verfahren für die additive Fertigung

Vernetzung / Cloudlösung für die spanende Fertigung

Zunehmend werden neuartige Drehprozesse zur Steigerung der Bauteilqualität und Produktivität eingesetzt. Für diese Prozesse ist die Abschätzung der Prozesskräfte, die für die Auslegung der Prozesse notwendig ist, nicht mehr mit den etablierten Prozesskraftmodellen möglich. Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover erarbeitet daher ein Modell zur Vorhersage der bei diesen neuartigen Drehprozessen auftretenden Prozesskräfte.

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Prozesskräfte bei komplexen Drehprozessen

Nakamura-Tome erweitert seine Softwarelösungen um die Softwarefunktion ‘Chatter Canceller’ zur Schwingungsdämpfung bei kritischen Drehprozessen.

Durch das periodische Ändern der Spindeldrehzahl wird Schwingungsneigung des Werkstücks beeinflusst.

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Unterstützt die Maschinenbedienung

Deshalb wurde CoroPlus® erfunden: Die Digitalisierung in der Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten, Verschwendung von Ressourcen und Zeit zu minimieren und profitabler zu operieren.

Apps für die Zerspanung

Metallver- / bearbeitung

Lohnfertigung

Nobody is perfect…

Prozessstellgrößenmodulation – Ansatz zur Leistungssteigerung beim Drehen

Drehprozesse werden zumeist als stationäre Prozesse betrachtet, bei denen die Prozessstellgrößen für eine spezifische Kombination aus Werkzeug, Werkstück und Bearbeitungsaufgabe unverändert bleiben. Eine Modulation, das heißt eine kontinuierliche Veränderung der Prozessstellgrößen über die Lebensdauer eines Werkzeugs, kann jedoch Vorteile hinsichtlich des Werkzeugverschleißverhaltens bieten. Dieser Effekt wird in dem Projekt ‘Auslegung von Prozessstellgrößenmodulationen für die Stahlbearbeitung mit Kühlschmierung – ProMod KSS‘ am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover untersucht.

Drehprozesse werden zumeist als stationäre Prozesse betrachtet, bei denen die Prozessstellgrößen für eine spezifische Kombination aus Werkzeug, Werkstück und Bearbeitungsaufgabe unverändert bleiben. Eine Modulation, das heißt eine kontinuierliche Veränderung der Prozessstellgrößen über die Lebensdauer eines Werkzeugs, kann jedoch Vorteile hinsichtlich des Werkzeugverschleißverhaltens bieten. Dieser Effekt wird in dem Projekt „Auslegung von Prozessstellgrößenmodulationen für die Stahlbearbeitung mit Kühlschmierung – ProMod KSS“ am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover untersucht.

Autoren: Prof. Dr.-Ing Berend Denkena, Dr.-Ing Benjamin Bergmann, Arnd Heckemeyer (alle IFW Hannover)

Die thermischen und mechanischen Lasten bei der Zerspanung von Metallen führen zu Werkzeugverschleiß, der die Prozessleistungsfähigkeit limitiert. Daher werden seitens der Industrie und Forschung Bestrebungen unternommen, den Verschleiß zu reduzieren und somit die mögliche Produktivität des Zerspanprozesses zu maximieren. Neben der Entwicklung neuer Schneidstoffe und Werkzeuggeometrien rücken daher auch neuartige Prozesse mit variablen Eingriffsbedingungen in den Fokus. Eine Möglichkeit zur Verschleißreduzierung beziehungsweise Produktivitätssteigerung bieten Prozessstellgrößenmodulationen [ALB12]. Die Modulation wird dabei als instationärer Zerspanprozess aufgefasst, bei dem die sonst üblicherweise konstanten Prozessstellgrößen mit veränderlichen Parametern überlagert werden. Beschrieben wird die Modulation entsprechend Bild 1 durch die Form (zum Beispiel linear oder sinusförmig), die Amplitude A sowie die Intervalllänge I. Das Modulationen geeignet sind, den Werkzeugverschleiß zu reduzieren, konnte durch die Forschungsarbeit am IFW bereits nachgewiesen werden. So wurde beim trockenen Drehen von 42CrMo4+QT eine Verschleißreduktion um bis zu 44 Prozent erreicht [DEN21]. Als Hauptwirkmechanismus wurde die zeitliche Beeinflussung der Prozesstemperatur identifiziert, die stark von den Prozessstellgrößen, vor allem von der Schnittgeschwindigkeit, abhängt. Da die Zerspanung vieler Werkstoffe, insbesondere von hochlegierten Werkstoffen, jedoch unter Kühlschmierung erfolgt, wird das Wissen um die verschleißreduzierenden Effekte der Prozessstellgrößenmodulation durch ein aktuell laufendes Vorhaben am IFW erweitert.

Untersucht wurde die Prozessstellgrößenmodulation beim Drehen des Werkzeugstahls X40CrMoV5-1 an einer Drehmaschine des Typs CTX520 linear unter Kühlschmierstoff. Als Werkzeuge wurden CVD-beschichtete Wendeschneidplatten der Form CNMG120408, Schneidstoff IC8150, der Firma Iscar eingesetzt. Zunächst erfolgten Referenzuntersuchungen in Abhängigkeit der Kühlstrategie bei konstanten Prozessstellgrößen (vc = 350 m/min, f = 0,2 mm, ap = 0,5 mm), bei denen Verschleißmechanismen und -formen charakterisiert wurden. Standzeitbestimmend war hierbei der Freiflächenverschleiß infolge von Abrasion. Bei hoher Schnittgeschwindigkeit trat zudem moderater Kolkverschleiß auf. Im Anschluss wurden Schnittgeschwindigkeitsmodulationen eingesetzt, bei denen die Form der Modulation sowie die Intervalllänge entsprechend Tabelle 1 variiert wurden. Die Amplitude wurde bei A = 50 m/min konstant gehalten. Im Rahmen von Voruntersuchungen zeigte sich bei größerer Amplitude, dass das Werkzeugeinsatzverhalten durch die Modulation negativ beeinflusst wurde.

Bild 2 zeigt den Fortschritt des Freiflächenverschleißes sowie den Werkzeugzustand zum Standzeitende in Abhängigkeit der Modulationsstrategien. Gegenüber dem Referenzprozess konnte eine erhebliche Reduktion des Freiflächenverschleißes um bis zu 25 Prozent erzielt werden. Dies ist vor allem bei langen Modulationsintervallen, die sich über die gesamte Werkzeugeinsatzzeit erstrecken, ersichtlich. Die zyklische Modulation hingegen führte zu keiner Verbesserung des Werkzeugeinsatzverhaltens. Den größten Verschleißvorteil bietet eine Modulationsstrategie, bei der die Schnittgeschwindigkeit linear mit fortschreitender Werkzeugeinsatzzeit abnimmt. Auffallend ist, dass die Verschleißkurven des Referenzversuches und der verschleißreduzierenden Strategien ab der Hälfte der Einsatzzeit divergieren. Ein Abgleich mit dem Schnittgeschwindigkeitsprofil dieser Modulationsstrategien zeigt, dass ab diesem Zeitpunkt die Schnittgeschwindigkeit unterhalb der Schnittgeschwindigkeit des stationären Referenzprozesses liegt.

Die Reduzierung der Verschleißmarkenbreite lässt sich auf die veränderte thermische und mechanische Werkzeugbelastung zurückführen, die innerhalb des Prozesses durch die Modulation beeinflusst wird. Zum Nachweis wurden Temperaturmessungen bei stationären Prozessen in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit durchgeführt. Die Messung der thermischen Belastung erfolgte mittels Thermoelementen des Typs K, die in Nuten an der Freifläche des Werkzeugs appliziert wurden. Durch die Variation der Stegbreite zur Spanfläche wird eine Extrapolation der Temperatur auf die Kontaktzone an der Spanfläche ermöglicht (Bild 3 und Bild 1). Die so ermittelte Temperatur dient jedoch nur als Näherung an die realen Verhältnisse, da die Beeinflussung des Temperaturfelds durch die Beschichtung nicht berücksichtigt wird. Dennoch wurde festgestellt, dass die Temperatur unmittelbar durch die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst wird und monoton mit ihrer Zunahme ansteigt.

Mit zunehmenden Verschleiß reduziert sich auch der Widerstand des Werkzeugs gegenüber der Temperaturbelastung, bedingt durch die abgetragenen Beschichtungen. Um diesem entgegenzuwirken, wird die Schnittgeschwindigkeit bei fortschreitender Einsatzzeit reduziert, wodurch sich folglich eine geringere thermische Belastung ergibt. Um die Gesamtproduktivität innerhalb der Werkzeugeinsatzzeit konstant zu halten, wird die die Schnittgeschwindigkeit anfänglich erhöht. Dies geht zu Lasten einer erhöhten Prozesstemperatur zu Beginn des Werkzeugeinsatzes. Da das Werkzeug zu dem Zeitpunkt der hohen thermischen Belastung jedoch noch vergleichsweise geringen Verschleiß aufweist, können hier die Temperaturen durch das Schichtsystem aufgefangen werden. Bei den Modulationsstrategien mit langem Intervall liegen die Temperaturen, bedingt durch die reduzierte Schnittgeschwindigkeit zum Ende der Einsatzzeit dagegen unterhalb derer des stationären Referenzprozesses. Das bereits vorgeschädigte Werkzeug wird daher einer gegenüber dem Referenzprozess reduzierten thermischen Belastung ausgesetzt, wodurch die Abnahme der Verschleißrate erklärt wird.

Neben Untersuchungen zur Reduktion von Werkzeugverschleiß erfolgten Experimente, um den Nachweis über das Potential von Produktivitätssteigerung infolge Prozessstellgrößenmodulationen zu erbringen. Hierzu wurde die Amplitude der Modulation vergrößert und der obere Betriebspunkt vc,o der Schnittgeschwindigkeitsmodulation angehoben. Somit wird die mittlere Schnittgeschwindigkeit und damit die Produktivität des Prozesses gesteigert. Die mittlere Schnittgeschwindigkeit wurde im Rahmen dieser Untersuchungen auf zwei Stufen (vc = 300 – 350 m/min) variiert. Die Randbedingungen der Modulation wurden konstant, bei linearer Modulation über die gesamte Werkzeugeinsatzzeit, gehalten. Die Werkzeugeinsatzzeit für die untere Stufe der Schnittgeschwindigkeit betrug TE, 300 = 27 min und für die obere Stufe TE, 350 = 18 min, sodass im Referenzversuch ein signifikanter Freiflächenverschleiß (VB > 220 µm) zum Ende der Einsatzzeit resultiert. Im Anschluss wurde der obere Betriebspunkt der Schnittgeschwindigkeitsmodulation in jeweils zwei Varianten gesteigert. Bild 4 zeigt den Zustand der Freifläche für die folglich produktiveren Prozesse. Es ist ersichtlich, dass durch die obere Stufe der mittleren Schnittgeschwindigkeit zu einer Steigerung des Freiflächenverschleißes gegenüber dem Referenzprozess führt. Somit konnte keine Produktivitätssteigerung des Prozesses erreicht werden. Die gegenüber den Untersuchungen zur Verschleißreduktion zusätzlich gesteigerte Schnittgeschwindigkeit zum Beginn des Prozesses führte zu einer thermischen Überlastung des Werkzeuges. Obwohl die Temperatur mit fortschreitender Einsatzzeit reduziert wurde, konnte die Überlastung des Werkzeugs nicht weiter kompensiert werden. Demgegenüber konnte bei der unteren Stufe für beide Varianten der Verschleiß auf einem zum Referenzprozess vergleichbaren Niveau gehalten werden. Dies zeigt, dass Schnittgeschwindigkeitsmodulationen nicht nur zur Reduktion des Werkzeugverschleißes eingesetzt werden können. Es besteht vielmehr das Potential einer Produktivitätssteigerung, ohne das zusätzlicher Verschleiß am Werkzeug resultiert.

In folgenden Untersuchungen am IFW sollen die herausgestellten Zusammenhänge auf weitere Werkstoffe übertragen und das Wissen um die Mechanismen der Prozessstellgrößenmodulation erweitert werden. Zusätzlich wird der Einfluss der Kühlschmierstrategie auf die Wirkung von Prozessstellgrößenmodulationen in Wechselwirkung mit den Werkstoffeigenschaften untersucht, um industriellen Anwendern eine breite Daten- und Wissensbasis bezüglich der Effekte der Modulation bereitzustellen.

Die Autoren danken dem VDW Forschungsinstitut e.V. sowie der AiF für die organisatorische und finanzielle Unterstützung des Projektes ‘Auslegung von Prozessstellgrößenmodulationen für die Stahlbearbeitung mit Kühlschmierung – ProMod KSS‘ (IGF 21754 N). Des Weiteren bedanken sich die Autoren bei den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses, insbesondere bei der Iscar Germany GmbH, für die Bereitstellung von Werkzeugen.

Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

[ALB12] Albertelli, P.; Mussi V.; Ravasio, C.; Monno, M.: An experimental investigation of the effects of spindle speed variation on tool wear in turning. Procedia CIRP 4 (2012) 29 bis 34

[DEN21] Denkena, B.; Krödel, A. Hess, U.; Relard, A.: Performance increase by process parameter variation during turning of AISI 4140. Procedia CIRP 101 (2021) 21 bis 25

Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) 

https://www.ifw.uni-hannover.de

In Drehprozessen kann eine Modulation, das heißt eine kontinuierliche Veränderung der Prozessstellgrößen über die Lebensdauer eines Werkzeugs, Vorteile hinsichtlich des Werkzeugverschleißverhaltens bieten

Tabelle 1: Parameter der eingesetzten Schnittgeschwindigkeitsmodulation

Bild 1: Beschreibung und Freiheitsgrade der Modulation

Bild 2: Verschleißreduktion durch Schnittgeschwindigkeitsmodulation

Bild 3: Einfluss der Schnittgeschwindigkeit auf die thermische Werkzeugbelastung

Bild 4: Werkzeugzustand bei gesteigerter Produktivität