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WB Werkstatt + Betrieb 01-02/2019

Unbeschreiblich beweglich

Neue Verfahren, Funktionsintegration, Nebenzeitminimierung

Die konventionelle Drehbearbeitung ist im Umbruch begriffen. So wird man in Zukunft, statt mit festem Anstellwinkel zu spanen, die Frässpindel nutzen und mit ihr hochdynamisch Flächen am Werkstück erzeugen. Vorreiter für diesen Trend ist das High Dynamic Turning – HDT.

Seit ungefähr 100 Jahren werden neue Schneidstoffe, neue Spanleitstufen, neue Beschichtungen und zum Teil komplett neue Werkzeugsysteme erfunden, um die Drehbearbeitung zu optimieren. Doch die Kinematik des eigentlichen Drehprozesses blieb stets unverändert: Nach wie vor wird mit einer Wendeschneidplatte in einem festen Anstellwinkel zum Werkstück eine Kontur erzeugt. Doch einen tiefgreifenden Wandel dürfte nun die Präsentation eines Verfahrens mit vollkommen neuen Bewegungsabläufen zur Folge haben: das High Dynamic Turning, kurz HDT. Die beeindruckenden Möglichkeiten des Verfahrens schaffen nicht weniger als eine neue Vision für die Zukunft des Drehens insgesamt.

Im Gegensatz zum konventionellen Drehen wird beim HDT für variierende Konturen nur ein Werkzeug benötigt. Das dynamische ›FreeTurn‹-Werkzeug nutzt den Rundum-Freiheitsgrad der Frässpindel; der Schneidkantenwechsel erfolgt durch Rotation um die Werkzeugachse (© Ceratizit)

Beim HDT wird – anstatt wie üblich die Wendeschneidplatte mittels Klemmhalter statisch anzustellen – die Frässpindel genutzt, um den entsprechenden Winkel zum Werkstück zu erzeugen. Durch die Nutzung des Spindelantriebs in Verbindung mit dem schlanken, axialen Werkzeugaufbau der sogenannten FreeTurn-Werkzeuge, die ebenfalls neu entwickelt wurden, profitiert der Anwender vom Rundum-Freiheitsgrad der Achse, und das ohne Kollisionsgefahr.

Die Entwickler von HDT gehen davon aus, dass dynamische Werkzeuge wie FreeTurn die statischen Werkzeuge, die einen fixen, unveränderlichen Anstellwinkel haben, im Endeffekt ablösen werden, weil dynamische Werkzeuge eine viel höhere Flexibilität und Individualität an der Maschine bieten und somit die Arbeit stark verbessern werden. Schließlich könne mithilfe der Frässpindel ein 360°-Rotationsfreiwinkel genutzt werden, um das Werkzeug in jeglicher Position zu einem Werkstück anzustellen.

Beim FreeTurn-Werkzeug bilden die Aufnahme und der störkonturoptimierte, schlanke Schaft eine stabile Einheit, die das Bearbeiten enger Konturen bis zum Futter ermöglicht (© Ceratizit)

Vor allem diese Fähigkeit bietet den Zerspanfachleuten zufolge eine ganze Reihe von Vorteilen. So lässt sich der Spanbruch optimieren, was beim konventionellen Drehen nur in stark eingeschränktem Maße mit speziell entwickelten Spanleitstufen und Anpassung der Parameter erreicht werden kann.

Änderungen der Anstellung sind übrigens auch während des Prozesses möglich; die Oberflächenqualität kann damit positiv beeinflusst werden. Selbst Hinterschnitte lassen sich einfach generieren oder solche Konturen erzeugen, für die bislang noch zusätzliches Werkzeug nötig ist. Es bedarf also anstelle mehrerer Werkzeuge fürs Schruppen, Schlichten, Konturdrehen, Plan- oder Längsdrehen beim HDT nur noch eines einzigen Werkzeugs. Die damit verbundenen Möglichkeiten sind besonders für die bedienerlose Fertigung zukunftsrelevant.

Schneidenwechsel ohne Verfahrwege ›drückt‹ die Nebenzeit gegen null

Anforderungen, die man an das Bauteil bezüglich Genauigkeit, Oberflächengüte oder Konturtreue stellt, werden ebenfalls steigen und mit ihnen auch die Anforderungen an das Werkzeug selbst. Im Vergleich zu statischen Werkzeugen lassen sich diese Anforderungen deutlich besser von den dynamischen Werkzeugen abbilden. Denn während Anwender bei der starren Anstellung Schwesterwerkzeuge oder verschiedene andere Technologien benötigen, bietet High Dynamic Turning die Möglichkeit, einfach die Schneide ohne nennenswerte Verfahrwege zu wechseln. Das bedeutet nicht nur eine Reduktion der Bearbeitungszeit, sondern vor allem der Nebenzeitanteile, die nicht produktive Verfahrwege zwangsläufig beanspruchen. Dieser bedeutende Kostenaspekt verlöre durch den Einsatz dynamischer Werkzeuge an Relevanz.

Ein primäres Ziel der bedienerlosen Fertigung ist es, die geforderten Eigenschaften des jeweiligen Bauteils möglichst ohne manuellen Eingriff und Justierung herauszubilden beziehungsweise den Eingriff möglichst lange hinauszuzögern. Auch in dieser Beziehung kann das dynamische Werkzeug punkten, lässt es sich doch so an die geforderten Prozesse anpassen, dass die wesentlichen Merkmale des Werkstücks nur mit ihm allein, also mit nur einem Werkzeug erzeugt werden können.

Die FreeTurn-Wendeschneidplatte kann aus mehreren, verschiedenen Schneiden bestehen (© Ceratizit)

Spitzwinkel, Eckradien, Spanleitstufen, Beschichtungen und Schneidstoffe sind individuell kombinierbar (© Ceratizit)

Verschiedene Bearbeitungen lassen sich mit nur einem Werkzeug ausführen (© Ceratizit)

Für einen Prozess, der beispielsweise Drehen, Stechen und Gewinden erfordert, wäre somit idealerweise nur noch ein dynamisches Werkzeug notwendig, das sich noch dazu äußerst leicht implementieren ließe. Der variable Anstellwinkel zur Kontur hätte außerdem zur Folge, dass ein erhöhter oder zumindest konstanter Vorschub möglich wäre und die Kontaktzone der Wendeschneidplatte zum Bauteil optimiert werden könnte. Eine erhebliche Standzeit-Verbesserung wäre das Resultat. Gerade die Bearbeitung von hochwarmfesten Werkstoffen, die sehr abrasiv auf den Schneidstoff wirken, würde dadurch besser beherrschbar werden; das wiederum ist essentiell bei der bedienerlosen Fertigung.

Schon beim aktuellen Entwicklungsstand sind viele der Möglichkeiten des High Dynamic Turning und der FreeTurn-Werkzeuge nachweisbar. Die Wendeschneidplatten sind zum Patent angemeldet. Bei ihnen sind außer verschiedenen Spitzenwinkeln, Eckenradien oder Spanleitstufen sogar unterschiedliche Beschichtungen und Schneidstoffe denkbar.

Nächster Schritt ist die Vereinfachung des Programmierens

Doch natürlich sind in der weiteren Entwicklung auch noch Hürden zu überwinden. So besteht eines der künftigen Ziele darin, HDT für die Anwender benutzerfreundlich zu machen, denn gerade das Programmieren der Wegbefehle ist momentan noch recht zeitaufwendig und damit für die meisten Fertiger ein Faktor, der sie zögern lässt. Schließlich sind, um das dynamische Drehverfahren nutzen zu können, die Wegebefehle um eine Koordinate zu ergänzen.

Die nötigen Vorgaben für die Y/Z-Ebene und Kompensation der Schneidlage können zwar beispielsweise im Programmkopf hinterlegt werden; besser und einfacher wäre es allerdings, wenn das künftig über Postprozessoren oder Unterprogramme eingespielt werden könnte. Hier sind die Softwarehersteller gefordert, den Kunden anwenderfreundliche Lösungen anzubieten, um das Programmieren deutlich zu vereinfachen. Für den Programmierer darf es jedenfalls keinen Unterschied in der Herangehensweise der Programmierung geben, ob er nun konventionelle oder HDT- Bearbeitungen ausführen möchte.

Wenn benutzerfreundliche Lösungen gefunden worden sind und der Anwender die Frässpindel völlig unkompliziert für mehr als nur zum Fräsen verwenden kann, dann wird eine Investition in ein Drehfräszentrum besonders attraktiv. Denn neben den verschiedenen Ökonomie-Aspekten – Einsparung von Werkzeugen, Laufzeitreduktion aufgrund höherer Vorschubraten und verkürzte Nebenzeiten wegen entfallendem Werkzeugwechsel – wird so auch die Maschine zu 100 Prozent ausgenutzt. Das wiederum stellt einen immensen Kosteneinsparfaktor dar, sodass sich ein Bearbeitungszentrum schneller amortisiert, als es heutzutage der Fall ist.

Indem man FreeTurn über verschiedene Achsen wie die Frässpindel anstellt, kann von allen Seiten bearbeitet werden. Der Anstellwinkel ist während der Bearbeitung veränderbar (© Ceratizit)

Das ermöglicht nicht nur eine dynamische Bearbeitung fast jeder Kontur in alle Richtungen, sondern auch anpassbare Vorschübe und eine sehr gute Spankontrolle (© Ceratizit)


Der Drehbearbeitung soll zukünftig mehr Gewicht verliehen werden

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der für dynamische Werkzeuge und High Dynamic Turning spricht, ist ihre Industrie- 4.0- Fähigkeit, an der gemeinsam mit namhaften CAD/CAM-Systemanbietern, Maschinenherstellern und Steuerungsspezialisten intensiv gearbeitet wird. Es soll ein System entwickelt werden, das eine maximale Einfachheit bei der Bearbeitung gewährleistet. So soll das System bei einem geladenen Bauteil die Ursprungskontur erkennen und automatisch das ideale FreeTurn-Werkzeug auswählen, das den geringsten Werkzeugeinsatz oder die maximale Oberflächengüte erzeugt. Das Werkzeug selbst sollte automatisiert in die Maschine eingebracht und das Bauteil quasi per Knopfdruck fertiggestellt werden.

Mit dieser greifbaren Vision will man gemeinsam mit Anwendern und allen interessierten Unternehmen der Drehbearbeitung wieder mehr Gewicht verleihen und die Produktion von Drehteilen künftig deutlich attraktiver und kosteneffizienter machen. Die ersten Schritte in diese Richtung sind bereits gegangen, und es wird sicherlich nicht mehr allzu lange dauern, bis die positiven Auswirkungen des High Dynamic Turnings in den Fertigungsbetrieben spürbar sind.


Hersteller

Ceratizit Deutschland GmbH 87437 Kempten Tel. +49 831 57010-0 www.ceratizit.com

Der Autor

Dirk Martin ist Produktmanager Drehen bei Ceratizit in Kempten Dirk.Martin@ceratizit.com

PDF-Download

www.werkstatt-betrieb.de/7505948

Information & Service

von Dirk Martin

Dokument downloaden

Diesen Artikel bieten wir Ihnen mit freundlicher Unterstützung von der Redaktion WB Werkstatt + Betrieb kostenlos als PDF-Datei zum Download an.

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Unternehmensinformation

CERATIZIT Deutschland GmbH

Daimlerstr. 70
DE 87437 Kempten
Tel.: 0831 57010-0
Fax: 0831 57010-3678

Internet:www.wnt.de


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Seit 30 Jahren begleitet die Fachzeitschrift Schweizer Präzisions-Fertigungstechnik die Exportaktivitäten der Schweizer Werkzeugmaschinen-Industrie. In Zusammenarbeit mit dem SWISSMEM wird ausführlich und praxisorientiert über innovative spanende Verfahren und Trends in der Fertigungstechnik für die industrielle Metallbearbeitung berichtet.


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