Die Abstimmung macht’s!

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Dies zeigt ein aktueller Anwendungsfall aus der Zerspanung. Dank eines Hydrodehnspannfutters SK 40 Plan von GEWEFA kann der Wunschmann-Trochoidalfräser 175 ER im AXA-Bearbeitungszentrum seine ganze Stärke ausspielen.

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Zerspanungsexperten unter sich: Rainer Pfister, links, und Stephan Wunschmann mit GEWEFA-Spannsystemen. (Bildnachweis: Kraas & Lachmann)

„Beim Zerspanen sollte man immer alle beteiligten Komponenten aufeinander abstimmen, wenn man ein optimales Ergebnis in Bezug auf Standzeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte haben will“, sagt Rainer Pfister, Geschäftsführer von GEWEFA, einem Hersteller von Spannwerkzeugen in Burladingen auf der Schwäbischen Alb. Pfister leitet den Familienbetrieb, der von seinem Vater 1949 gegründet wurde, seit fast 40 Jahren. Und der Ingenieur weiß, dass das beste Werkzeug nichts nützt, wenn das Spannfutter als Schnittstelle zwischen Werkzeugschneide und Maschinenspindel nicht optimal passt.

Im vorliegenden Fall sollte in ein Werkstück aus schwer zerspanbarem Nitrierstahl (34CrAlNi7) eine Nut von 1160 mm Länge, 20 mm Breite und 6,5 mm Tiefe gefräst werden. Legierter Nitrierstahl zeichnet sich durch eine große Oberflächenhärte und hohe Verschleißfestigkeit aus. Typische Anwendungsbeispiele für diesen Werkstoff sind schnelllaufende Spindeln, Wellen, Lehren, Feinmessgeräte oder Steuernocken. Der Maschinen- und Anlagenbau und die Automotive-Industrie schätzen Nitrierstahl wegen seiner besonderen Qualitäten.

Das richtige Werkzeug für anspruchsvolle Werkstoffe

„Mit unserem Trochoidalfräser 175 mit Eckenradius haben wir das richtige Zerspanungswerkzeug für so einen anspruchsvollen Werkstoff“, sagt Stephan Wunschmann, Geschäftsführer des Präzisionswerkzeugherstellers. „Aber damit der Zerspaner das Maximum aus dem Werkzeug rausholen kann, muss alles stimmen: Werkzeug, Aufnahme, Spindel, Maschine. Vor allem wenn der Fräsweg, wie in diesem Fall, über einen Meter lang ist.“

Der Trochoidalfräser 175 ER ist erhältlich von 18 bis 70 Millimetern Schneidenlänge und hat einen Eckenradius zwischen 0,25 und 0,5 Millimeter. Die HE-S-Beschichtung ist temperatur- und oxidationsbeständig. Das Werkzeug hat groß dimensionierte, polierte Spanräume und einen stabilen Kern. Durch den variablen Drallwinkel werden Vibrationen und Schwingungen minimiert, was zu einer hohen Standzeit führt.

Mit dem Hydrodehnspannfutter Plan und dem Hochleistungsfräser kann das AXA Bearbeitungszentrum seine Power voll ausspielen. (Bildnachweis: Kraas & Lachmann)

Ruhiger Fräsverlauf, höhere Standzeit

Bei GEWEFA kommt der Trochoidalfräser 175 ER von Wunschmann auf einem großen AXA Fahrständer-Bearbeitungszentrum vom Typ VHC zum Einsatz. Eine beeindruckende Maschine mit einem X-Verfahrweg von 4.000 Millimetern und einer leistungsstarken Schwenkspindel (max. 40 kW, 191 Nm, optional 255 Nm). Der Fräser steckt in einer GEWEFA SK 40 Werkzeugaufnahme mit Plananlage.

Im ersten Versuch wurde der Fräser (ø 16 mm) in ein Spannzangenfutter SK 40 mit Plananlage gespannt. Die Schnittgeschwindigkeit lag bei 80 m/min, der Vorschub bei 0,16 mm/min. Mit der Maßhaltigkeit und der Oberflächengüte waren die Zerspaner zufrieden. „Aber der Geräuschpegel beim Fräsen der Nut erschien mir sehr hoch, das hat richtig gepfiffen“, sagt GEWEFA-Chef Rainer Pfister, der bei solchen Versuchen gerne selbst an der Maschine steht. „Also hab’ ich mir gedacht, versuch’s mal mit unserem Hydrodehnspannfutter SK 40 mit Plananlage. Und siehe da: Das Pfeifgeräusch ist verschwunden, der Fräsverlauf über die ganzen 1.100 Millimeter absolut ruhig.“

Was sind die technischen Gründe für dieses bessere Fräsverhalten? „Die Plananlage im Hydrodehnspannfutter sorgt beim Fräsen, aber auch beim Drehen für mehr Steifigkeit, weniger Vibrationen und damit für mehr Genauigkeit und höhere Standzeiten“, erklärt Pfister. „Als Hersteller von Spannfuttersystemen wissen wir seit langem um die Vorteile von Hydrodehnaufnahmen mit Plananlage. Und jetzt stellen wir fest, dass sich das immer mehr in der Zerspanungswelt rumspricht.“

Hydrodehnspannfutter sind keine GEWEFA-Erfindung, aber der Burladinger Hersteller baut seit Jahrzehnten hochwertige Spannfutter und verspricht seinen Kunden eine höhere Maßhaltigkeit, exzellente Oberfläche und höhere Standzeiten beim Drehen und Fräsen. Dazu bringt die Hydrodehntechnik eine durchschnittliche Senkung der Rüstzeit um 75 Prozent gegenüber einem normalen Schrumpffutter. Beim Einsatz eines Hydrodehnspannfutters werden keine Schrumpfgeräte benötigt, und der Rüstvorgang ist unabhängig von Ort und Zeit: ein Vorteil im hektischen Zerspanungsalltag.

Exakter Werkzeugsitz, ideale Schnittstelle

Für den exakt zentrischen und damit spielfreien Sitz des Fräswerkzeugs sorgt das Hydrauliksystem. In den Hohlräumen in der Werkzeugaufnahme befindet sich ein Hyrauliköl. Wird der Druck im System mit der Verstellschraube erhöht, werden die innen liegenden Seitenwände fest um den Werkzeugschaft gepresst. Die Druckverteilung ist an jedem Punkt exakt identisch – wie in allen hydraulischen Systemen. Gleichmäßiger kann man ein Werkzeug nicht spannen. Aber: in der Ausführung mit Plananlage wird das Hydrodehnfutter nochmals steifer und prozesssicherer!

Kraftvolles Duo für mehr Prozesssicherheit: Trochoidalfräser 175 ER von Wunschmann im Hydrodehnspannfutter SK 40 Plan von GEWEFA. (Bildnachweis: Kraas & Lachmann)

Im vorliegenden Fall ist das SK-40-Hydrodehnfutter mit Plananlage die perfekte Schnittstelle zwischen hochpräzisem Trochoidalfräser und der AXA-Hochleistungsspindel des Bearbeitungszentrums. Der leichtere SK-40-Schwenk-Spindelkopf verfügt darüber hinaus über eine geringere Massenträgheit. Dies hat den Vorteil, dass auch der Schwenkkopf am Bearbeitungszentrum kleiner ausgelegt werden kann: SK 40 statt SK 50! Was wiederum Kosten spart.

„Die Werkzeugschnittstelle muss rutschfrei durch Kraft- und Formschluss Drehmomente und Kräfte übertragen. Die statische Steifigkeit sollte so hoch wie möglich sein.“ So schreibt der emeritierte Professor von der Universität Stuttgart Dr.-Ing. Dr. h.c. Uwe Heise mit seinen Co-Autoren Dipl.-Ing. Jürgen Graef und Dipl.-Ing. Jürgen Fronius in einem Aufsatz über Schnittstellen in der CNC-Bearbeitung aus dem Jahr 1998.

Dem kann Key Account Manager Andreas Mayer von AXA nur zustimmen. Er verfügt als Techniker über 30 Jahre Erfahrung in der Zerspanung, Kundenberatung und Maschinenauslegung: „Was nützt uns die beste Maschine, wenn die Genauigkeit und Prozesssicherheit auf dem Weg zur Schneide auf der Strecke bleiben? Als renommierter, deutscher Maschinenhersteller freuen wir uns deshalb über solche Projekte, bei denen durch ein ideales Zusammenspiel von Bearbeitungszentrum, Spannsystem und Zerspanungswerkzeug ein optimales Zerspanungsergebnis erzielt wird.“

Dieses Beispiel zeigt: Wer hochwertige Bauteile zu wettbewerbsfähigen Stückkosten herstellen muss, sollte darauf achten, dass die Komponenten – CNC-Maschine, Präzisionswerkzeug und Spannsystem – optimal aufeinander abgestimmt sind. Warum also nicht von Beginn an Maschinenhersteller, Werkzeughersteller und Spannsystemlieferant an einen Tisch holen?

Kontakt:

www.wunschmann.de

www.axa-maschinenbau.de

www.gewefa.de