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Zerspanungstrends der Zukunft

: Wedco


Geballtes Fertigungs-Know-how aus 1oo Jahren Erfahrung präsentierten Anfang April 2016 die Firmen Wedco, Westcam und Zecha in einem Workshop, der wirtschaftliche Lösungen zur trochoidalen Frässtrategie und dem noch nicht so bekannten Parabelfräsen aufzeigte. Neben theoretischen Vorträgen wurde auf dem hochgenauen Bearbeitungszentrum Yasda YBM 400i die beachtliche Produktivität dieser Fertigungstechnologien eindrucksvoll demonstriert. Autor: Ing. Robert Fraunberger / x-technik

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Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes Zeitspanvolumen, Produktivitätssteigerungen durch reduzierte Bearbeitungszeiten, ein mehr an Flexibilität durch reduzierte Maschinenstunden möglich. Dazu kommen aufgrund der geringeren Schnittbelastung erhöhte Standzeiten der Werkzeuge.

Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes...

Der Workshop wurde im Wedco Headquater in Wien abgehalten – mit dem F&E-Zentrum bieten sich dort optimale Voraussetzung, solch ein Event durchzuführen.

Neuentwicklungen und stetige Optimierungen im Bereich der Zerspanungstechnik gehen unaufhaltbar ihren Weg. Maschinenkonzepte werden beispielsweise durch genauere Antriebsachsen und leistungsfähigere Spindeln noch schneller und dynamischer. Aber auch die Werkzeugtechnik steht nicht still: die Auswahl von Hartmetallsubstraten, Beschichtungen und nicht zuletzt die Auslegung der richtigen Geometrie und die Nachbehandlung der Schneidkannte sind wesentliche Indikatoren für eine wirtschaftliche Zerspanung. „Um all diese Komponenten richtig einzusetzen, bedarf es die Anstrengung aller Beteiligten“, so Horst Payr, Technische Leitung und Leitung F&E bei Wedco.

Genau aus diesem Grund hat sich Wedco gemeinsam mit den Firmen Westcam und Zecha auch entschlossen, diesen Workshop, mit dem Trendthema trochoidale Bearbeitung sowie der noch weniger bekannte Thematik Parabelfräsen, abzuhalten. „Genau bei diesen modernen Strategien, müssen NC-Programm, Maschine, Halter und Werkzeug optimal aufeinander abgestimmt sein!“, begründet Payr.

Teil 1: Trochoidalbearbeitung – Theorie und Rahmenbedingungen

„Die Trochoidalbearbeitung ist eigentlich eine Umfangsbearbeitung und genießt deshalb auch die Vorteile einer geringen Zustellung ( ae ) im Gegensatz zu konventionellen
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Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes Zeitspanvolumen, Produktivitätssteigerungen durch reduzierte Bearbeitungszeiten, ein mehr an Flexibilität durch reduzierte Maschinenstunden möglich. Dazu kommen aufgrund der geringeren Schnittbelastung erhöhte Standzeiten der Werkzeuge.

Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes...

Schruppbearbeitungen wie beispielsweise HPC-Fräsen“, erklärt Payr. Somit könne die gesamte Schneidenlänge der Fräser und diese selbst wesentlich effektiver genutzt werden.

Die Zustellung erfolgt trochoidal (Anm.: in einer Schleife) entlang der gewählten Kontur, die als Mittelpunktbahn dient. „Es wird entlang einer berechneten Vorschubbewegung gefräst und die radiale Zustellung (ae) variiert, die axiale Zustellung (ap) ist konstant“, so Payr weiter.

Für die trochoidale Bearbeitung sind laut Horst Payr jedoch gewisse Rahmenbedingungen zu beachten: „ Es wird ein CAM-System – wie beispielsweise hyperMill MAXX Maschining – benötigt, das einen entsprechenden Zyklus für die Bahnberechnungen bietet. Auf Maschinenseite wäre ein hochdynamisches Bearbeitungszentrum zu empfehlen. Last but not least müssen auf diese spezielle Anwendung abgestimmte VHM-Werkzeuge, die äußerst stabil gespannt sein sollen, zum Einsatz kommen.“

Enorme Vorteile

Wenn man all diese Voraussetzungen erfüllen kann, seien die Vorteile der Trochoidalbearbeitung für den Nutzer mitunter enorm: Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes Zeitspanvolumen, reduzierte Bearbeitungszeiten erhöhen die Produktivität, mehr Flexibilität durch reduzierte Maschinenstunden – dadurch entstehen wieder kostbare Fertigungsressourcen
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Die Zustellung erfolgt trochoidal (in Schleifen)entlang der gewählten Kontur, die als Mittelpunktsbahn dient.

Die Zustellung erfolgt trochoidal (in Schleifen)entlang der gewählten Kontur,...

in der Produktion. „Es kann ein 2- bis 3-fach erhöhtes Zeitspanvolumen durch Steigerung der Einsatzwerte erreicht werden. Letztendlich wird damit die Wettbewerbsfähigkeit erhöht und der Standort gesichert“, betont Payr.

Dazu kämen erhöhte Standzeiten der Werkzeuge. „Die aufgrund der trochoidalen Strategie geringeren Schnittbelastungen werden zudem gleichmäßig entlang der gesamten Werkzeugschneide verteilt. Dadurch reduzieren sich Verschleißbildungen und die Werkzeuge können wesentlich länger, prozesssicherer verwendet werden“, begründet Payr. Durch die Trockenbearbeitung ergeben sich zusätzlich noch Einsparungen von Betriebsmitteln wie Emulsion und Strom.

Nutenfräsen nicht im Vollschnitt

Für das Nutfräsen sollte der Werkzeugdurchmesser um 20 bis 25 % kleiner gewählt werden, als das Maß der Nutbreite. Die radiale Zustellung (ae) beträgt etwa 5 bis 15 % des Werkzeugdurchmessers und ist ausschlaggebend für das zerspante Volumen. „Diese Werte müssen auf die jeweilige Anwendung und das Material abgestimmt sein, um ein optimales Ergebnis erreichen zu können. Hier können wir mit unserem Know-how jederzeit unterstützen“, so Payr.

Helikales Eintauchen

Für das Öffnen von Taschen für eine anschließende trochoidale Bearbeitung bietet Westcam mit dem Programm HyperMaxx von Open Mind zudem die Option der helikalen Bohroperation in Form eines Taumeleintauchens
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Für das Öffnen von Taschen für eine anschließende trochoidale Bearbeitung bietet beispielsweise Westcam mit dem Programm HyperMaxx von Open Mind die Option der helikalen Bohroperation in Form eines Taumeleintauchens in das Material an.

Für das Öffnen von Taschen für eine anschließende trochoidale Bearbeitung...

in das Material mit einem geeigneten Fräswerkzeug. „Die Strategie ‚5-Achs-helikales Bohren‘ eignet sich hervorragend als Öffnungsschnitt um tiefe Kavitäten zu schruppen“, erklärt Klaus Baumgartner, Vertriebsleiter der Westcam Filiale in Sankt Florian (OÖ). Damit lässt sich aus einer kreisförmigen Tasche möglichst viel Material effizient und fräserschonend herausholen.

Genaugenommen handelt es sich dabei um ein helikales Sturzfräsen – der Fräser wird in der Laufrichtung vorgeneigt. Dank einer dabei angewandten 5-Achs-Simultanbearbeitung lassen sich auch Fräser ohne Zentrumsschneide einsetzen. Für diese Operation gibt es seitens Wedco mit dem TWIST–ER eine spezielle Werkzeuglösung. Dieser ist bis zu einer Frästiefe von 3xD einsetzbar. Für eine verbesserte Spanabfuhr bei der Trockenbearbeitung sorgt eine zentrale Kühlbohrung im Zentrum des Werkzeugs. „Aufgrund eines Geometrieupdates speziell für das helikale Bohren, kommen beim TWIST-ER die Vorteile dieser intelligenten Eintauchstrategie voll zur Geltung“, weist Horst Payr auf den richtigen Einsatz der Werkzeuge hin.

Diese sind laut Baumgartner und Payr klar definierbar: „Schnelles und effizientes Eintauchen, insbesondere bei schwer zerspanbaren Werkstoffen. Es ist kein Vorbohren notwendig und eine sichere Spanabfuhr auch bei tiefen Bohrungen oder Taschen steigert die Prozesssicherheit.“ Zudem sei die Strategie sehr einfach zu programmieren.

Teil2: Parabelfräsen – Grundlagen und Potential

Der zweite Block in diesem Workshop ging
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TWIST-ER zum helikalen Bohren: Einsetzbar bis zu einer Frästiefe von 3xD. Für die Spanabfuhr bei der Trockenbearbeitung ist die zentrale Kühlbohrung im Zentrum ein unterstützendes Bindeglied für den Zerspanungserfolg.

TWIST-ER zum helikalen Bohren: Einsetzbar bis zu einer Frästiefe von 3xD. Für...

nahtlos in die sehr interessante Thematik des Parabelfräsens über. Auch beim Parabelfräsen müssen alle Räder optimal aufeinander abgestimmt sein: eine dynamische Maschine, die Programmierung beispielsweise mit hyperMAXX, die Werkzeugaufnahme, das Schneidwerkzeug und nicht zuletzt die richtigen Bearbeitungsparameter.

„Die genaue Abstimmung dieser einzelnen Punkte ist für eine wiederkehrende Bauteil- oder Serienfertigung von großem Vorteil“, so Payr, der ergänzt: „Mit der Strategie der Parabelbearbeitung ergeben sich eine Erhöhung der Produktivität um bis zu 300 % bei einer gleichzeitigen Verbesserung der Oberflächenqualität um mehr als 30 %.“ Anwendungsbereiche für das Parabelfräsen sieht er vor allem in der Serienfertigung und im Formenbau und dabei ideal bei Schlichtbearbeitungen sowie bei der Bearbeitung von konvexen und konkaven Flächen.

Vorteile in der Bahn erkennbar

Die Partnerschaft von Wedco und dem deutschen Werkzeughersteller Zecha ergibt ein breitgefächertes Know-how, wenn es um die Entwicklung von Zerspanungswerkzeugen im High-End Bereich geht. „Langjährige Erfahrung im Bereich der Werkzeugproduktion sowie die professionelle Unterstützung für die Kunden sind die Stärken von Wedco und Zecha. Unsere Partnerschaft hat das klare Ziel, die Produktivität bei unseren Kunden weiter zu steigern, begründet Horst Payr. Aus dieser Zusammenarbeit ging auch der neue Parabelfräser hervor –
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Beim Parabelfräsen kann der Zeilensprung vergrößert werden und dadurch die Bearbeitungsdauer deutlich reduziert werden, bei gleichbleibender oder sogar höherer Oberflächengüte (siehe Bearbeitungsbeispiel).

Beim Parabelfräsen kann der Zeilensprung vergrößert werden und dadurch die...

dies aus ganz klar nachvollziehbaren Gründen.

Die Bearbeitung einer Freiformfläche oder einer Schräge erfolgte bisher durch den Einsatz von Kugelfräsern. Um damit eine hohe Oberflächengüte zu erreichen, sind viele, oft sehr zeitaufwändige Fräsbahnen notwendig. „Durch die spezielle Parabel-Geometrie unseres VHM-Fräsers kann der Zeilensprung vergrößert und dadurch die Bearbeitungsdauer deutlich reduziert werden, bei gleichbleibender oder sogar höherer Oberflächengüte“, betont Payr.

Schlichten mit High-Speed

Für den letzten Feinschliff sorgt der neue Schlichtzyklus ‚5X tangentiales Ebenen-Schlichten‘ von hyperMILL. „Hierbei werden tonnenförmige oder tangentiale Fräswerkzeuge eingesetzt. Mit diesen Werkzeugen ist eine hocheffiziente Schlichtbearbeitung von Ebenen und Freiformflächen möglich. Das verspricht eine schnellere Bearbeitung durch größere Bahnabstände bei gleicher, theoretischer Rauheit“, geht Baumgartner auf die Vorteile ein.

Zudem gibt es in hyperMILL drei leistungsstarke Module, genannt MAXX Machining, durch die Bearbeitungszeiten von Schrupp-, Schlicht- und Bohroperationen deutlich reduziert werden können. „Gleichzeitig lassen sich dadurch beim Schlichten exzellente Oberflächen erzeugen“, so Baumgartner weiter.

Produktivitätszugewinne entscheidend

Horst
Payr fasst abschließend zusammen: „Produktivitätszugewinne werden in der heutigen Zeit immer wichtiger. Nicht die Kosten vom Werkzeug sind ausschlaggebend für eine Kosteneinsparung – um wettbewerbsfähig zu bleiben ist die Maschinenstunde ausschlaggebend. Sowohl das Trochoidal- als auch das Parabelfräsen sind zwei ausgezeichnete Beispiele, wie man die Wirtschaftlichkeit im eigenen Betrieb mit den richtigen Partnern steigern kann.“

Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes Zeitspanvolumen, Produktivitätssteigerungen durch reduzierte Bearbeitungszeiten, ein mehr an Flexibilität durch reduzierte Maschinenstunden möglich. Dazu kommen aufgrund der geringeren Schnittbelastung erhöhte Standzeiten der Werkzeuge.
Durch die Trochoidalbearbeitung sind Kostenreduktion durch ein stark erhöhtes Zeitspanvolumen, Produktivitätssteigerungen durch reduzierte Bearbeitungszeiten, ein mehr an Flexibilität durch reduzierte Maschinenstunden möglich. Dazu kommen aufgrund der geringeren Schnittbelastung erhöhte Standzeiten der Werkzeuge.
Die Zustellung erfolgt trochoidal (in Schleifen)entlang der gewählten Kontur, die als Mittelpunktsbahn dient.
Für das Öffnen von Taschen für eine anschließende trochoidale Bearbeitung bietet beispielsweise Westcam mit dem Programm HyperMaxx von Open Mind die Option der helikalen Bohroperation in Form eines Taumeleintauchens in das Material an.
TWIST-ER zum helikalen Bohren: Einsetzbar bis zu einer Frästiefe von 3xD. Für die Spanabfuhr bei der Trockenbearbeitung ist die zentrale Kühlbohrung im Zentrum ein unterstützendes Bindeglied für den Zerspanungserfolg.
Beim Parabelfräsen kann der Zeilensprung vergrößert werden und dadurch die Bearbeitungsdauer deutlich reduziert werden, bei gleichbleibender oder sogar höherer Oberflächengüte (siehe Bearbeitungsbeispiel).
Das Geometrie adaptierte Fräswerkzeug „Tonnen- bzw. Parabelfräser“ bietet eine hohe Verfahr-Flexibilität bei gleichzeitiger hoher Produktivität. Damit ist die Herstellung komplexer Freiformflächen und Regelgeometrien in deutlich reduzierter Bearbeitungszeit möglich.
Es folgen hier noch drei Logos (100 Jahre = 25,25,50)



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Bericht in folgenden Kategorien:
Fräswerkzeuge, VHM-Werkzeuge, Trochoidal-Bearbeitung

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