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Große Schnitttiefen und hohe Vorschübe sind das Maß bei der Schwerzerspanung

16.05.2008
Bei der Bearbeitung von Gussbauteilen mit einem verfahrensbedingt großen Aufmaß wünschen sich die Anwender für die Schruppbearbeitung eine gute Kraftentfaltung. Aber auch bei der Bearbeitung von zähen und schwer zu zerspanenden Werkstoffen wie Titan, rostfreien und hochlegierten Stählen oder Sonderstählen kommen viele Maschinen mitunter an ihre Leistungs- oder Stabilitätsgrenzen.

Ein Ansatz für eine erfolgreiche Schwerzerspanung ist, die Werkzeugmaschine als mehrgliedrige, mechanische Kette zu betrachten. Die Werkzeugmaschine stellt die Grundlage dar.

Nur wenn die hohen Prozesskräfte und die Anregung durch den Schneideneintritt von der Maschinenstruktur aufgenommen werden, kann auch die installierte Leistung erfolgreich in Zeitspanvolumen umgesetzt werden. Entscheidend für den Erfolg bei der Schwerzerspanung ist die umfassende Betrachtung einer Bearbeitungsaufgabe.

Nur wenn das gesamte System bestehend aus Werkzeugmaschine, Vorrichtung, Werkstück, Werkzeug und Bearbeitungsprozess als eine Einheit betrachtet wird, kann ein stabiler und wirtschaftlicher Prozess im oberen Leistungsspektrum etabliert werden.

Schwerzerpanung erfordert Einheit von Maschine und Bearbeitungsprozess

Das schwächste Glied dieser Kette entscheidet oft über Erfolg oder Misserfolg. Damit ist eine stabile und leistungsstarke Werkzeugmaschine in Verbindung mit einem optimal ausgelegten Prozess der sichere Schlüssel zum Erfolg.

An dieser Stelle setzt die neueste Entwicklung von Heller an. Bei der Konstruktion der horizontalen Bearbeitungszentren der Baureihe H wurden Leistungsreserven eingeplant, damit die robusten Maschinen auch in den Grenzbereichen voll belastbar sind. Dazu trägt die bei den Modellen H 2000 und H 4000 verwendete doppelt angetriebene Z-Achse bei.

Steifes Maschinenbett und steife Komponenten für die Schwerzerspanung

Nicht die Zehntelsekunde entscheidet – die Produktion muss laufen. Sieben Tage im Dreischichtbetrieb. Eine eigensteife Konstruktion des Maschinenbettes sowie Komponenten, die von Anfang an auf maximale Steifigkeit bei guter Dämpfung ausgelegt wurden, sind deshalb als Grundvoraussetzung für die Schwerzerspanung zu sehen.

Die Bearbeitungszentren der Baureihe H verfügen über durchgängig topologieoptimierte Strukturbauteile. Statt aus Konstruktionssicht viel Masse anzuhäufen, war es das Ziel für die Entwickler, die gesamte Struktur so schlank wie möglich zu gestalten. Dies setzt sich bis in den Arbeitsraum der Maschine fort und verhindert zum Beispiel, dass sich Späne auf Flächen ablagern und die Struktur stark erwärmen – ein wichtiger Faktor für die Eignung einer Maschine zur Trockenbearbeitung.

Schwerzerspanungs-Maschinen leicht zugänglich gestaltet

Um die Zugänglichkeit zu optimieren, stellt eine Linearführung sicher, dass die Türen zum Rüstplatz leichtgängig und einfach zu bedienen sind. Der Arbeitstisch verfügt über eine kraftschlüssige Indexierung, die eine Verstellung um 4 × 90° erlaubt. Die Entriegelung geschieht mittels eines Fußtasters.

Außer der individuellen Maschinenkonfiguration gibt es für die Modelle H 2000 und H 4000 zwei Options-Pakete: Das Power-Pack wurde für jene Anwender geschnürt, die sich mit der Schwerzerspanung befassen. Dazu ist statt der 17-kW-Standardspindel mit 81 Nm und 10 000 min-1 auch der Einbau eines 38-kW-Modells mit 242 Nm und 10 000 min-1 möglich.

Demgegenüber wendet sich das Speed-Pack an die Anwender, die im Leichtmetallbau schnell und hochgenau bearbeiten müssen (Bild 5). Hierzu stehen zwei Spindeln zur Auswahl: eine 40-kW-Spindel mit einem Drehmoment von 95 Nm und einer Drehzahl von 16 000 min-1 und eine schnelldrehende Highspeed-Cutting-Spindel mit 24 000 min-1 bei einer Maximalleistung von 25 kW und einem maximalen Drehmoment von 40 Nm.

Hohe Kräfte bei der Schwerzerspanung erfordern hochwertige Werkzeuge

Bedingt durch die hohen Prozesskräfte lassen sich für die Schwerzerspanung besondere Anforderungen an die eingesetzte Werkzeugtechnik ableiten. Dabei lohnt es sich, genauer hinzuschauen, denn oft liegt der Unterschied im Detail.

Besondere Anforderungen werden an die Schneidstoffwahl und die Schneidkantenausführung gesetzt. Zähe Feinstkorn-Substrate, verschleißfeste Schichten, Schneidkantenpräparation, dynamisch-steife Werkzeuge sind nur einige der Stichworte, die im Zusammenhang mit Schwerzerspanung hinterfragt werden sollten. Allerdings kommen auch die besten Werkzeuge schnell an ihre Grenzen, wenn sie falsch eingesetzt werden.

So ist die richtige Bearbeitungsstrategie in Verbindung mit geeigneten Schnittparametern vor allem dort wichtig, wo man sich an die Grenzbereiche der Zerspanung heranwagt. In solchen Fällen kommt oft eine Prozessüberwachung wie IPM (Integrated Process Monitoring) zum Einsatz. Durch diese werden die Werkzeugmaschine und das Bauteil im Falle von Werkzeugversagen geschützt, und die Produktion kann mittels einer geeigneten Ausweichstrategie nahtlos fortgesetzt werden.

Dr. Hannes Zipse ist Vertriebsleiter bei Heller Machines in 72622 Nürtingen

Hannes Zipse | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/index.cfm?pid=1487&pk=121477

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