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Spindel-Umrichter-Systeme steigern Tempo beim Zerspanen

10.10.2007
Die Anforderungen an Spindeln für die Hochleistungszerspanung von Aluminiumlegierungen sind in den vergangenen Jahren gestiegen. Beim Volumenfräsen gilt es, in kurzer Zeit möglichst viel Aluminium zu zerspanen. So kann bei Schnittgeschwindigkeiten von 4000 m/min eine Material Removal Rate (MRR) von bis zu 8 l/min erzielt werden. Dies erfordert Spindeln mit hoher Drehzahl und Leistung.

Das Schlichten erfordert hohe Drehzahlen, um auch für kleine Werkzeuge, mit denen nur eine begrenzte Leistung in Späne umgesetzt werden kann, ausreichende Schnittgeschwindigkeiten erreichen zu können.

Der Fokus neuer Entwicklungen liegt derzeit auf einer Steigerung der maximal verfügbaren Leistung, also auf einer Optimierung des Schruppprozesses.

Dabei wird an einer Maximaldrehzahl von 30 000 min1 festgehalten, weil bei einer weiteren Steigerung der Drehzahl die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Zuverlässigkeit des Systems bestehen kann und die für das Schlichten zur Verfügung stehende maximale Drehzahl von 30 000 min1 ausreichend ist.


Zerspanungsraten von über 90% beim Schruppen
Die Steigerung der verfügbaren Leistung ist u.a. wirtschaftlich sinnvoller, weil die Verringerung des Zeitanteils des Schruppens bei Zerspanungsraten von über 90% des Rohbauteils die größeren Potenziale hinsichtlich einer Produktivitätssteigerung bietet.

Eine Steigerung der Leistung bringt es mit sich, dass definierte Maßnahmen ergriffen werden müssen, damit die Leistung prozesssicher in Späne umgesetzt werden kann, und bedeutet, dass der Spindelhersteller zwangsläufig das mechatronische Gesamtsystem (Spindel und Umrichter) betrachten und beherrschen muss.

Spindel-Umrichter-System bietet deutlich größere Produktivität

Unter Berücksichtigung der genannten Randbedingungen entwickelte die Fischer AG ein entsprechendes Spindel-Umrichter-System.

Die durchgeführten Tests zeigen, dass der Einsatz des Systems die genannten Grenzen deutlich in Richtung größerer Produktivität zu verschieben vermag.

Die neu entwickelte Spindel MFW-2320/30 VC HSK-A63 bedient sich dazu eines speziell für diesen Anwendungsfall entwickelten Synchronmotors, der durch einen hauseigenen Umrichter angetrieben wird.

Der entwickelte Synchronmotor stellt in Bezug auf die im gegebenen Bauraum erzielte Leistungsdichte das Optimum dar.

Stabiles Fräsverhalten bei größerer Schnitttiefe

Im Vergleich zu konventionellen Spindeln konnte der Lagerabstand zwischen der vorderen und hinteren Lagerstelle deutlich reduziert werden.

Dies hat einen positiven Einfluss auf die strukturdynamischen Eigenschaften der Spindel und äußert sich in einem stabileren Fräsverhalten bei größerer Schnitttiefe.

Darüber hinaus eignet sich die Spindel aufgrund ihrer kompakten Bauweise für den Einsatz in Fünf-Achs-Schwenkköpfen.

Spindeln sind standardmäßig gewuchtet

Von großer Bedeutung ist die Wuchtgüte der Spindel. Fischer-Spindeln für das Volumenfräsen werden deshalb standardmäßig so gewuchtet, dass eine minimale Erregung der mechanischen Umgebungsstruktur sichergestellt ist.

Das Optimum der Wuchtung wird durch Berücksichtigung der Amplituden und Schwingungsformen der Spindel, die durch die Restunwucht hervorgerufen werden, erzielt.

Der Einfluss der Restunwucht durch Einsatz des Synchronmotors vollzogenen dynamischen Optimierung schlägt sich sowohl bei der Berechnung der Stabilitätskarten für zum Einsatz kommende Werkzeuge nieder als auch in der Praxis, wie durch Fräsversuche am WZL in Aachen und am PTW in Darmstadt bestätigt wurde.

Zerspanzeit beim Schruppen um ein Drittel verringert

Aus dem Ergebnis der Berechnung einer Stabilitätskarte für typischerweise eingesetzte Werkzeuge, das durch Praxistests validiert wurde, lässt sich der optimale Arbeitsbereich der Spindel ermitteln.

Dieser liegt zwischen 20 000 und 30 000 min1, also in dem für Werkzeuge dieser Art üblichen Einsatzbereich.

Eine Steigerung hat eine beachtliche Verkürzung der Zerspanzeit und damit Erhöhung der Produktivität zur Konsequenz.

Bei einem Rohbauteil-Gewicht von 1,5 t und einem gewichtsbezogenen Zerspanungsanteil von nur 70% wäre eine Reduzierung der Zerspanzeit beim Schruppen von 33% erzielbar.

Bernhard Kuttkat | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/spanendefertigung/maschinen/articles/95310/

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