GARANT Zerspanungshandbuch

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2 Inhalt Tabellenverzeichnis - Standards 466 Übersicht der Werkzeugaufnahmen Werkzeugaufnahmen Steilkegelaufnahmen (SK) Hohlschaftkegelaufnahmen (HSK) Werkzeugspannfutter Flächenspannfutter Spannfutter für Spannzangen Hydrodehnspannfutter (HD) Hochgenauigkeitsspannfutter (HG) Schrumpffutter Einsatzgrenzen der Spannfutter Spannfuttervergleich Grenzdrehzahlen der Spannfutter Auswuchten von Werkzeugaufnahmen Auswuchten einer statischen Unwucht Auswuchten einer dynamischen Unwucht Wuchtgüte und Restunwucht VDI-Werkzeughalter 486 Angetriebene Werkzeuge Angetriebene Werkzeuge in Monoblockbauweise für Drehzentren Bezeichnung und Ausführungen der Werkzeugköpfe Einsatzmöglichkeiten am Revolverkopf Vor- und Nachteile verschiedener Antriebe Angetriebene Werkzeuge für Bearbeitungszentren 491 Tabellen Werkzeugschäfte nach DIN 228 und DIN Tabellenverzeichnis - Standards Bezeichnung Tab.-Nr. Seite Werkzeugschäfte nach DIN 228 und DIN 2080 (Hauptmaße) Querbefestigung nach DIN 1806 Bohrfutter-Einsteckzapfen nach DIN

3 Spannen Übersicht der Werkzeugaufnahmen Wuchtgüte Standard G 6,3/8000 min -1 G 6,3/10000 min -1 (Schrumpffutter) DIN Feingewuchtet G 2,5/18000 min -1 Nr ± Aufnahmen für konventionelle- und HSC-Bearbeitung Werkzeugaufnahmen unterteilt nach SK Nr ± DIN 2080 Nr ± Wuchtgüte Aufnahmen = nicht vorgewuchtet vorwiegend für konventionelle Bearbeitung G 6,3/8000 min -1 Wuchtgüte Standard JIS B 6339 (MAS BT) Nr ± Aufnahmen G 6,3/10000 min -1 (Schrumpffutter) für konventionelle- und HSC-Bearbeitung G 6,3/8000 min -1 Standard Wuchtgüte G 6,3/10000 min -1 (Schrumpffutter) HSK DIN Feingewuchtet G 2,5/22000 min -1 Zubehör ± Nr ± Anzugsbolzen ER- / OZ-Spannzangen Spannmuttern und Spannschlüssel für Zangenspannfutter Für Kombidorne und HSK Fräserdornringe Nr ± Aufnahmen für Präzisions- und HSC-Bearbeitung Ausführungen der Werkzeugschäfte nach DIN 1835 bzw. DIN 6535 Form A bzw. HA Form B bzw. HB Form E bzw. HE Schaft-é 6 bis 20 mm Schaft-é 25 bis 32 mm Glatter Schaft Weldon Schaft Whistle-Notch Schaft Spannen 467

4 1 Werkzeugaufnahmen Der anhaltende Trend nach Reduzierung der Bearbeitungszeiten bei gleichzeitig höchsten Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und Prozesssicherheit kann nur durch das System Werkzeugmaschine Werkzeug Werkzeugaufnahme gemeinschaftlich umgesetzt werden. Dabei ergeben sich im Einzelnen folgende Anforderungen aus dem Prozess heraus: An die Werkzeugmaschine: Hohe Steifigkeit Leichtbau bewegter Teile Hohe Rundlaufgenauigkeit der Spindel Intelligente Steuerung An das Werkzeug: Hohe Rundlaufgenauigkeit Hohe Wuchtgüte (Geometrie, Schaftgestaltung) Hohe Standzeit (Schneidstoff, Beschichtung) An die Werkzeugaufnahme: Hohe Rundlaufgenauigkeit Sicheres Spannen des Werkzeuges Das führt zu folgenden Anforderungsschwerpunkten für moderne Schnittstellenkonzepte: V hohe statische Steifigkeit V höchste dynamische Belastbarkeit V höchste Genauigkeit V Eignung für hohe Drehzahlen 1.1 Steilkegelaufnahmen (SK) Für den automatisierten oder manuellen Wechsel von Bohr- oder Fräswerkzeugen haben sich Steilkegelaufnahmen insbesondere nach DIN 2080 oder DIN durchgesetzt. Die Werkzeugsteilkegel (Kegel 7 : 24) werden mit Hilfe zusätzlicher Spanneinrichtungen mit der Maschinenspindel verspannt. Unterschiedliche Funktionsflächen an den Greifflanschen dienen zum Halten und Positionieren der Werkzeuge in Greif- und Speichereinrichtungen. Die gebräuchlichsten SK-Formen sind nach DIN die Formen AD und B mit Trapezrille und Orientierungsnut sowie Durchgangsbohrung (AD) für eine zentrale Kühlschmierstoffzufuhr bzw. die zentrale Kühlschmierstoffzufuhr über den Bund (B). Die Drehmomentübertragung erfolgt bei geringen Beanspruchungen über den Reibschluss des Kegels. Für größere Momente und stoßartige Belastungen übernehmen Mitnehmersteine den Hauptanteil der Drehmomentübertragung. Die Mitnehmersteine sind asymmetrisch an der Spindelstirnfläche angeordnet, um eine eindeutige Orientierung für das Werkzeug zu garantieren. 468

5 Spannen Bild 9.1 Schäfte für NC-Maschinen und Bearbeitungszentren Werkzeugschäfte nach DIN werden mit Anzugsbolzen versehen und können bei Verwendung von Spannzangen sehr schnell automatisch gewechselt werden. Werkzeugschäfte nach DIN 2080 werden mit Hilfe von Anzugsstangen mit Gewindebolzen unter Verwendung von Schraubspannern in der Spindel aufgenommen. Durch den Schraubvorgang wird für den Werkzeugwechsel eine längere Zeit als mit Zangenspannung benötigt. Der Vorteil von Steilkegeln ist gekennzeichnet durch eine symmetrische Konstruktion, einfache Fertigung und die Tatsache, dass er sich selbst zentriert. Nachteilig ist aber, dass es infolge von hohen Drehzahlen zu einer Aufweitung des Spindelkonus (Fliehkraftverformung) und durch die Wirkung der Einzugskraft zu einem axialen Versatz des Werkzeuges kommen kann, der auch nach Spindelstillstand weiter besteht (Presspassung). Weiterhin hat die Fliehkraftverformung den Nachteil, dass sich der Berührungskontakt der Flächen verkleinert und damit auch die reibschlüssige Übertragung des Drehmomentes reduziert wird. Im ungünstigsten Fall kann es zum Durchrutschen des Werkzeuges kommen. 469

6 1.2 Hohlschaftkegelaufnahmen (HSK) Beim Hohlschaftzylinder handelt es sich um ein Werkzeug mit leicht kegliger Außenkontur (Kegel 1 : 10), das im Inneren hohl ist (Bild 9.2). Er hat in der spanenden Bearbeitung eine weite Verbreitung gefunden. Bei neuen modernen Bearbeitungszentren wird die HSK- Schnittstelle gegenüber dem Steilkegel aufgrund der Vorteile bezüglich V Genauigkeit (feste axiale Positionierung durch Plananlage), V Steifigkeit (hohe Biegemomentaufnahme), V Eignung für hohe Drehzahlen (hohe Drehmomentübertragung), V hohe Wiederholgenauigkeit beim Einwechseln von Werkzeugen V keine Notwendigkeit eines Anzugsbolzens vorrangig eingesetzt. Die Drehmomentübertragung wird formschlüssig über zwei gleich breite und unterschiedlich tiefe Mitnehmernuten am Schaftende und kraftschlüssig durch das Übermaß zwischen Schaft und Aufnahme realisiert. Die Plananlage dient zur axialen Fixierung der HSK-Schnittstelle an der Aufnahme und zum Steifigkeitsgewinn bei der Biegebelastung. Der keglige Hohlschaft fixiert die Schnittstelle radial und bietet Platz für das innenliegende Spannsystem. Die Durchgangsbohrung im Schaft ist zur Betätigung von manuellen Spannsystemen notwendig. Trapezrille, Greifertaschen und Indexiernut am Bund werden als Funktionsflächen für den orientierten, automatischen Werkzeugwechsel benötigt. Der Bundaußendurchmesser bestimmt weiterhin die HSK-Größe. Bild 9.2 Funktionselemente einer HSK-Schnittstelle mit Plananlage nach DIN 69893, Form A 470

7 Spannen Nachfolgend sind die Formen und Merkmale der HSK-Schnittstellen überblicksmäßig dargestellt (Bild 9.3). Die gebräuchlichsten Ausführungen sind die Formen A (für den automatisierten und manuellen Wechsel) und C (nur für den manuellen Wechsel) sowie für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die mitnehmersteinlose Form E, bei der die Drehmomentübertragung ausschließlich durch den Reibschluss aufgrund des größeren Übermaßes zwischen Kegel und Aufnahme bzw. durch die Reibfläche der Plananlage realisiert wird. Zum automatischen unorientierten Wechsel ist nur die Trapezrille vorhanden. Kegel-Hohlschäfte für automatischen Werkzeugwechsel DIN Teil 1 und 2 ± Form A Form B mit Greiferrille Anwendung für Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen, Sondermaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel. Zentrale, axiale Kühlmittelzufuhr über Kühlmittelrohr. Drehmomentübertragung über 2 Mitnehmernuten am Kegelende. 2 Bundnuten für Werkzeugmagazin, Positionskerbe. Bohrung für Datenträger DIN im Bund. Anwendung für Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen für Schwerzerspanung, Drehmaschinen. Mit vergröûertem Bund und Positionskerbe. Dezentrale KZ über den Bund oder zentrale über Kühlmittelrohr. Drehmomentübertragung über 2 Bundnuten. Bohrung für Datenträger DIN im Bund. Kegel-Hohlschäfte für manuellen Werkzeugwechsel DIN Teil 1 und 2 ± Form C Form D ohne Greiferrille Anwendung vorzugsweise bei Spindeln in Transferstraûen und Sondermaschinen ohne automatischen Werkzeugwechsel oder Kurzbohrspindeln und Werkzeugverlängerungen und Reduzierungen. Zentrale, axiale Kühlmittelzufuhr. Drehmomentübertragung über 2 Mitnehmernuten am Kegelende. Anwendung in allen Bereichen, die bei manuellem Werkzeugwechsel noch bessere Abstützung durch groûe Plananlage erfordern. Mit vergröûertem Bund. Dezentrale KZ über den Bund oder zentrale über Kühlmittelrohr. Drehmomentübertragung über 2 Bundnuten. Kegel-Hohlschäfte für höhere Drehzahlen (HSC) Vornorm DIN Teil 5 und 6 ± Form E Form F mit Greiferrille Anwendung für Hochfrequenzspindeln, Holzbearbeitungsmaschinen. Rotationssymmetrisch, ohne Mitnahmenuten. Drehmomentübertragung über Reibschluû. Zentrale Kühlmittelzufuhr über Kühlmittelrohr möglich. Mit vergröûertem Bund. Zentrale Kühlmittelzufuhr über Kühlmittelrohr möglich. Bild 9.3 Formen und Merkmale von HSK-Schnittstellen 471

8 2 Werkzeugspannfutter 2.1 Flächenspannfutter In Tabelle 9.1 sind die Varianten, Merkmale und Verwendungsgebiete der Flächenspannfutter aufgezeigt: Flächenspannfutter mit seitlicher Mitnahmefläche (Weldon-Futter) nach DIN 1835 B und DIN 6535 HB Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,010 mm (gesamtes System) Verwendung: V V Spannen von Werkzeugen mit seitlicher Mitnahmefläche Universalfutter zum Bohren und Fräsen (Schruppen und Schlichten) Flächenspannfutter mit geneigter Spannfläche (Whistle-Notch-Futter) nach DIN 1835 E und DIN 6535 HE Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,010 mm (gesamtes System) Verwendung: V Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft und geneigter Spannfläche (2 ) V Universalfutter zum Fräsen (Schruppen und Schlichten) und insbesondere zum Bohren, da der Längenverlust durch stirnseitigen Nachschliff der Bohrer mittels axialer Längenverstellung in der Werkzeugaufnahme korrigiert werden kann (Aufnahmebohrung) (Aufnahmebohrung) Tabelle 9.1 Flächenspannfutter nach DIN

9 Spannen 2.2 Spannfutter für Spannzangen Spannzangenfutter sind die am weitesten verbreiteten Spannsysteme für glatte Zylinderschäfte. Sie lassen sich wie folgt beschreiben (Tabelle 9.2): Spannfutter für Spannzangen (OZ-Spannzangen) nach DIN 6388-A Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,025 mm (gesamtes System) Verwendung: V Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft in Spannzangen nach DIN 6388 V Universalfutter zum Fräsen (Schruppen und Schlichten) und Bohren (Spannzange) Spannfutter für Spannzangen (ER-Spannzangen) nach DIN 6499-A Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,015 mm (gesamtes System) Verwendung: V Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft in Spannzangen nach DIN 6499 V Universalfutter zum Fräsen (Schruppen und Schlichten) und Bohren (Spannzange) Tabelle 9.2 Spannfutter für Spannzangen nach DIN 6388 und DIN

10 2.3 Hydrodehnspannfutter (HD) Hydrodehnspannfutter besitzen eine hohe Rund- und Planlaufgenauigkeit. Sie sind in folgenden Ausführungen erhältlich: V kurze schwere Ausführung max. Steifigkeit, hohe Zerspanleistung (jedoch keine extreme Schwerzerspanung) zum Bohren, Reiben und Fräsen V kurze schlanke oder lange schlanke Ausführung min. Störkanten kurz: für Werkzeugtoleranz, h6 bei Durchmesser 6 bis 8mm h7 bei Durchmesser 10 bis 20 mm lang: für Werkzeugtoleranz, h7 zum Bohren, Reiben und Schlichtfräsen V Ausführung mit geringer Störkontur zum Werkzeugschärfen, Schleifen Optimaler Schleifscheibenauslauf Hydrodehnspannfutter (HD) Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,003 mm V Max. Drehzahl: U/min V Exakt zentrische Spannung V Hohe Drehmomentübertragung V Wartungsfrei (geschlossenes System) V Kein Verschleiß im Spanndurchmesser V Höhere Werkzeugstandzeiten (bis 4fach) V Dosierbare Spannkräfte V Spannen von Werkzeugschäften mit Ausnehmung möglich Verwendung: V Hochgenaues Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft sowie Zylinderschäfte mit seitlicher Mitnahmefläche V Universalfutter zum Fräsen (Schruppen und Schlichten) und Bohren Tabelle 9.3 Hydrodehnspannfutter (HD) 474

11 Spannen 2.4 Hochgenauigkeitsspannfutter (HG) Alternativ zum Hydrodehnspannfutter kann zum hochgenauen Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft insbesondere für die HSC-Bearbeitung das HG-Futter verwendet werden (vgl. Tabelle 9.4). Hochgenauigkeitsspannfutter (HD) Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: < 0,004 mm V Max. Drehzahl: U/min V TiN-beschichtete Spannzangen (verschleißarm) V Spanndurchmesser 3 bis 20 mm Verwendung: V Hochgenaues Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft sowie Zylinderschäfte mit seitlicher Mitnahmefläche V Für HSC-Bearbeitung geeignet Tabelle 9.4 Hochgenauigkeitsspannfutter (HG) 475

12 2.5 Schrumpffutter Die Merkmale von Schrumpffutter sowie deren Einsatzmöglichkeiten sind der Tabelle 9.5 zu entnehmen. Schrumpffutter nach DIN Merkmal: V Rundlaufgenauigkeit: 0,003 mm V Max. Drehzahl: U/min V Eignung für hohe Drehzahlen V Spanndurchmesser für Schafttoleranz h6 ausgelegt V Absolut sichere reibschlüssige Kraftübertragung V Übertragbares Drehmoment 2 bis 4fach höher gegenüber Hydrodehn- und Spannzangenfutter V Geringer Einfluss auf den Wuchtzustand durch rotationssymmetrischen Körper Verwendung: V Optimal für HSC-Bearbeitung V Zum Spannen von Fräsern und Bohrern mit Zylinderschaft Tabelle 9.5 Schrumpffutter Die Aufnahmen sind für Kontakt-, Heißluft- und Induktivschrumpfgeräte (vgl. Bild 9.4) geeignet. Das induktive Schrumpfgerät POWER-CLAMP eignet sich zum Schrumpfen von HSS-Werkzeugen mit einem Durchmesser von 6 bis 32 mm und Hartmetall-Werkzeugen mit einem Durchmesser von 3 bis 32 mm. Durch ein einfaches Adaptersystem können alle Kegelgrößen eingesetzt werden. Die Einschrumpfzeit beträgt weniger als 10 s und die Abkühlzeit mit Kühlgerät ca. 30 s. Bild 9.4 Induktives Schrumpfgerät POWER-CLAMP 476

13 Spannen 2.6 Einsatzgrenzen der Spannfutter Spannfuttervergleich Die Güte der verwendeten Schnittstellen und Spannfutter ist von entscheidender Bedeutung insbesondere bei der Anwendung der Hochgeschwindigkeitstechnologie. Nachfolgend sollen folgende Spannfutter bezüglich ihrer Eigenschaften verglichen werden: V Spannzangenfutter, V Hydrodehnspannfutter und V Schrumpffutter. Einen Überblick über den Zusammenhang der erreichbaren Werkzeugstandzeit und der Rundlaufgenauigkeit der einzelnen Spannmittel kann dem Kapitel 2, Abschnitt 10.1 am Beispiel Bohren entnommen werden. Rutschmoment Alle o.g. Spannsysteme haben gemeinsam, dass die Übertragung des Drehmomentes reibschlüssig erfolgt. Deshalb ist die Höhe des übertragbaren Moments ein Qualitätsmerkmal der Futter (vgl. Bild 9.5). Es ist zu erkennen, dass die größte Drehmomentübertragung mit den Schrumpffuttern möglich ist. Dabei sind statische Rutschmomente von über 100 Nm (für einen Werkzeugdurchmesser von 10 mm) für normale Zerspanungsaufgaben ausreichend. Problematisch ist die Verwendung von Spannzangenfuttern bei kleinen Werkzeugschäften. Hier kommt es bei Drehmomenten zwischen 15 und 25 Nm (Futter mit Anzugsmoment von 50 Nm gespannt) zum Durchrutschen. Das Spannfutterverhalten unter dynamischer Belastung ist selbst bei hohen Drehzahlen (bis U/min) maximal 10 bis 15% kleiner als unter statischer Belastung. Bild 9.5 Statisches Rutschmoment bei Spannfuttern 477

14 Radiales Nachgiebigkeitsverhalten Bild 9.6 zeigt die Gesamtnachgiebigkeit der verschiedenen Spannschnittstellen bei 10 und 16 mm Werkzeugspannschaftdurchmesser. Einen wesentlichen Anteil am Gesamtverhalten haben die Spannfutter. Spannzangenund Hydrodehnspannfutter haben in etwa die gleiche Gesamtnachgiebigkeit. Schrumpffutter zeigen die besten Ergebnisse, da hier die Nachgiebigkeiten bei ca. 20 bis 30% der anderen Spannfuttertypen liegen. Weiterhin zeigt sich, dass Spannzangenfutter und Hydrodehnspannfutter bei 10 mm Schaftdurchmesser vergleichbare Nachgiebigkeiten aufweisen und somit diesbezüglich gleichwertig sind. Wird der Spanndurchmesser eines Hydrodehnspannfutters jedoch durch eine Reduzierhülse flexibilisiert, verschlechtert sich die Steifigkeit deutlich. Der Vergleich von 10 und 16 mm Spanndurchmesser zeigt, dass bei sonst analogen Verhältnissen die Nachgiebigkeiten bei kleinerem Durchmesser etwa dreimal so groß sind wie bei größeren Durchmessern. Daraus folgt, dass das Spannprinzip insbesondere bei kleineren Werkzeugdurchmessern von Bedeutung ist. Bild 9.6 Statische Nachgiebigkeit verschiedener Spannfutter 478

15 Spannen Grenzdrehzahlen der Spannfutter Erreichbare Grenzdrehzahlen verschiedener Spannfutter sind im Bild 9.7 gegenübergestellt. Ersichtlich ist, dass insbesondere für eine Hochgeschwindigkeitszerspanung der Einsatz von Schrumpffuttern bzw. Hochgenauigkeits- und Hydrodehnspannfuttern wegen des erreichbaren hohen Drehzahlbereiches zu bevorzugen ist. Bild 9.7 Grenzdrehzahlen Sicherheitsdienst! GARANT Werkzeug bietet 100 %ige Zuverlässigkeit, wie sie auch in der Flugzeugtechnologie gefordert wird. Denn GARANT steht für umfangreiche Prüfläufe und dauerhaft hohe Qualität ± und damit garantieren wir Ihnen 100 %ige Sicherheit. Werkzeug für Profis. 479

16 3 Auswuchten von Werkzeugaufnahmen Unwuchten entstehen, wenn der Rotorschwerpunkt außerhalb seiner Drehachse liegt (vgl. Bild 9.8, Versatz e). Sie können unterschiedliche Ursachen haben wie z.b.: V Unsymmetrische Bauweise des Rotors (Greiferrille nach DIN oder Spannschraube Versatz e bei Weldon-Flächenspannfuttern) Schwerpunkt V Unsymmetrische Massenverteilung durch Rundlauffehler V Fluchtungsfehler bei Montage eines Rotors Drehachse aus mehereren Bauteilen (Modulare Schnittstelle, z.b. Frässpindel und Werkzeugaufnahme) V Rundlauffehler in der Lagerung des Rotors (z.b. Lagerung der Spindel) Die Folge der Unwucht ist, dass Bild 9.8 Unwucht V Fliehkräfte die Spindellagerung belasten (Zerstörung der Spindel möglich), V Vibrationen die Oberflächengüte des Werkstückes verschlechtern können oder V die Fertigungsgenauigkeit abnimmt sowie V die Werkzeugstandzeiten wesentlich verkürzt werden. Deshalb wird ein Auswuchten notwendig. Beim Auswuchten wird die unsymmetrische Massenverteilung eines Rotors wieder ausgeglichen. Dies kann geschehen durch: V Anbringen einer Masse V Verstellen von Massen V Entfernen von Massen MU1 2 1 MU2 3 MU.. Unwuchtmassen 1... Anbringen 2... Verstellen 3... Entfernen Bild 9.9 Auswuchtmöglichkeiten 480

17 Spannen 3.1 Auswuchten einer statischen Unwucht Die statische Unwucht ist auch bei stillstehenden Rotor messbar. Sie bewirkt bei Rotation eine Fliehkraft senkrecht zur Drehachse. Es ist ein Auswuchten in einer Ebene erforderlich. Dabei ist die Lage der Auswuchtebenen beliebig (vgl. Bild 9.10) r e MU FF Schwerpunkt M MU Unwuchtmassen M Masse des Rotors [kg] FF Fliehkraft r Abstand der Unwuchtmasse von der Drehachse e Abstand des Schwerpunktes von der Drehachse Bild 9.10 Statische Unwucht 3.2 Auswuchten einer dynamischen Unwucht Die Kombination aus statischer und Momentenunwucht bewirkt bei Rotation eine Taumelbewegung (Fliehkräfte windschief zur Drehachse). In diesem Fall ist das Auswuchten in zwei Ebenen erforderlich. Dabei sollte die Lage der Auswuchtebenen einen möglichst großen Abstand haben. MU1 FF 1 Schwerpunkt M MU 1,2 M FF 1, 2 Unwuchtmassen Masse des Rotors [kg] Fliehkräfte MU2 FF 2 Bild 9.11 Dynamische Unwucht 481

18 3.3 Wuchtgüte und Restunwucht Die Genauigkeit einer Auswuchtung wird mit der Wuchtgüte G angegeben. Sie gilt nur für eine bestimmte Betriebsdrehzahl des Rotors. Aus Wuchtgüte, Betriebsdrehzahl und Gewicht des Rotors wird die zulässige Restunwucht U zul berechnet. Es gelten folgende Zusammenhänge: U zul Zulässige Restunwucht des Rotors [gmm] G M U zul = G Wuchtgüte (Gl. 9.1) n M Gewicht des Rotors [kg] n Betriebsdrehzahl des Rotors [U/min] 9549 Umrechnungsfaktor Zur Veranschaulichung des Wertes der zulässigen Restunwucht ist es günstig, die Unwucht in Exzentrizität e umzurechnen (Gl. 9.2). e zul U = zul M Berechnungsbeispiel erzielbare Genauigkeit: e zul zulässige Exzentrizität [µm] U zul zulässige Restunwucht [gmm] (Gl. 9.2) M Gewicht des Rotors [kg] Ein Fräser wird in eine Spannzange gespannt (Gesamtgewicht 0,8 kg). Das Werkzeug soll bei einer Drehzahl von U/min eingesetzt werden. Der Spindelhersteller verlangt eine Wuchtgüte von G 2,5. Zulässige Unwucht: U zul G M = = ,, 9549 = 13gmm, n U zul Zulässige Exzentrizität: 13, gmm e zul = = M = 08, kg 16µm, Der Schwerpunkt der Aufnahme darf also um maximal 1,6 µm aus der Drehachse versetzt sein. Beim Auswuchten wird als Drehachse die Achse des Steilkegels bzw. der HSK-Schnittstelle angenommen. Zu beachten ist, dass selbst neuwertige Spindeln einen Rundlauffehler von bis zu 3 µm aufweisen, was einer Exzentrizität von e = 1,5 µm entspricht. Als Fazit gilt: In der Praxis ist eine zulässige Restunwucht von weniger als 1 gmm nicht darstellbar. 482

19 Spannen Bild 9.12 zeigt die zulässige Restunwucht in Abhängigkeit der Gütestufen und Drehzahlen nach DIN ISO zulässige bezogene Restunwucht U zul (m) odergmm/kg (Masse-Exzentrizität) , , , ,15 2,5 2 1,6 1,25 1 0,8 0,63 0,5 0,4 0,315 0,25 0,2 0,16 0,125 0,1 0,08 Gütestufen nach ISO 1940 und zul. Restunwucht bzw. Drehzahl " " G 40 G 16 G 6,3 G 2,5 G 1 G 0, Bild 9.12 Zulässige Restunwucht und Betriebsdrehzahlen in Abhängigkeit der Gütestufen nach DIN ISO

20 Wichtig bei hohen Drehzahlen ist die ausreichende Wuchtgüte, nicht nur des Grundhalters allein, sondern des gesamten Werkzeugsystems. Auch wenn die einzelnen Bestandteile eines modularen Werkzeugsystems für sich gewuchtet sind, kann das zusammengesetzte System aufgrund der Montagetoleranz unwuchtig werden. In Bild 9.13 ist beispielhaft die Gesamtwuchtgüte zusammengesetzter Systeme dargestellt. Erkennbar ist, dass bei Verwendung eines Spannfutters mit G 6,3 und eines Fräsers mit G 16 bei einer Drehzahl von U/min eine Gesamtwucht von G 2,37 erreicht wird. Bild 9.13 Beispielhafte Darstellung der Gesamtwuchtgüte zusammengesetzter Systeme 484

21 Spannen Heutige Werkzeug- und Spindelsysteme insbesondere für die HSC-Bearbeitung stoßen an die Grenzen des Auswuchtens nach Gütestufen entsprechend DIN ISO Beispielsweise beträgt die zulässige Restunwucht bei einer Drehzahl n von U/min für die Gütestufe G 1 U zul = 1 gmm (vgl. Bild 9.12). Dies entspricht einer zulässigen Exzentrizität von e zul = 1 µm. Beim Verdoppeln der Drehzahl auf U/min halbiert sich dieser Wert auf 0,5 gmm bzw. 0,5 µm. Da sich diese Beträge mit praxisüblichen Geräten wie schon bemerkt nicht mehr reproduzierbar messen und ausgleichen lassen, wurden auf der Basis der in der DIN ISO 1940 definierten Begriffe vom VDMA eine Richtlinie zu Auswuchtanforderungen an schnelldrehende Werkzeugsysteme erarbeitet und herausgegeben. Als einheitliche Auswucht-Gütestufe wird G 16 empfohlen, die einen Kompromiss zwischen dem notwendigen Schutz der Spindel sowie dem unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten sinnvollen Auswuchten darstellt. Die sich daraus ergebenden zulässigen Exzentrizitäten e zul, die oberhalb der Wechseltoleranz der Werkzeugsysteme liegen, zeigt Tabelle 9.6. Drehfrequenz [U/min] Zul. Exzentrizitäten [µm] bzw. Spezif. Restunwucht [gmm/kg] G 2,5 2,5 1,7 1,25 1 0,9 0,65 G 6,3 6,3 4,3 3,2 2,6 2,1 1,6 G ,5 5,5 4 G Tabelle 9.6 Zulässige Exzentrizitäten bzw. spezifische Restunwuchten für schnelldrehende Werkzeugsysteme nach VDMA-Richtlinie Sicherheitsdienst! GARANT Werkzeug bietet 100 %ige Zuverlässigkeit, wie sie auch in der Flugzeugtechnologie gefordert wird. Denn GARANT steht für umfangreiche Prüfläufe und dauerhaft hohe Qualität ± und damit garantieren wir Ihnen 100 %ige Sicherheit. Werkzeug für Profis. 485

22 4 VDI-Werkzeughalter Die Werkzeugaufnahmen sind nach DIN / VDI 3425 genormt. Bild 9.14 zeigt die einzelnen axialen und radialen Werkzeughalter in Abhängigkeit von der Spindeldrehrichtung im Einsatz. Einsatz von Radial-Werkzeughaltern bei linker Spindeldrehrichtung bei rechter Spindeldrehrichtung Halter rechts, z. B. Form B1 (s. Nr ) Form B5 Drehmeiûel links Halter überkopf rechts, z. B. Form B3 (s. Nr ) Form B7 Drehmeiûel rechts Drehmeiûel links Halter überkopf links, z. B. Form B4 Form B8 Drehmeiûel rechts Halter links, z. B. Form B2 Form B6 Drehmeiûel rechts Halter überkopf rechts, z. B. Form B3 (s. Nr ) Form B7 Drehmeiûel links Halter rechts, z. B. Form B1 (s. Nr ) Form B5 Einsatz von Axial-Werkzeughaltern bei linker Spindeldrehrichtung bei rechter Spindeldrehrichtung Halter rechts, z. B. Form C1 (s. Nr ) Drehmeiûel rechts Halter überkopf rechts, z. B. Form C3 Drehmeiûel links Halter links, z. B. Form C2 Drehmeiûel links Halter überkopf links, z. B. Form C4 Drehmeiûel rechts Drehmeiûel links Halter überkopf rechts, z. B. Form C3 Drehmeiûel rechts Halter rechts, z. B. Form C1 (s. Nr ) Bild 9.14 Axiale und radiale Werkzeughalter im Einsatz 486

23 Spannen 5 Angetriebene Werkzeuge 5.1 Angetriebene Werkzeuge in Monoblockbauweise für Drehzentren Bezeichnung und Ausführungen der Werkzeugköpfe Nachfolgend sind einige Ausführungen angetriebener Werkzeuge aufgeführt (vgl. Bild 9.15). Scheibenfräskopf Winkel (Radial)-Bohr- und Fräskopf, doppelspindlig Axial-Bohr- und Fräskopf, achsversetzt Bild 9.15 Angetriebene Werkzeuge Beispiele für Spezialausführungen Bei der Bezeichnung der Werkzeugköpfe wird vom Werkzeug, nicht von der Bearbeitung, ausgegangen, d.h. es wird unterschieden in (vgl. Bild 9.16): V Axial-Kopf Die Werkzeugaufnahme sitzt in Verlängerung zum Schaft oder parallel achsversetzt dazu. V Winkel- oder Radial-Kopf Die Werkzeugaufnahme ist abgewinkelt zum Schaft. 487

24 Fordern Sie einfach weiteres Informationsmaterial oder eine Beratung an! Folgende Präzisionswerkzeuge sind verfügbar: Axial-Bohr- und Fräskopf Axial-Fräskopf Winkel-Bohr- und Fräskopf Axial-Bohr- und Fräskopf Axial-Bohr- und Fräskopf mit Über-/Untersetzung Axial-Bohr- und Fräskopf achsversetzt Axial-Gewindebohrkopf Winkel-Gewindebohrkopf Axial-Gewindebohrkopf achsversetzt Winkel-Bohr- und Fräskopf zurückgesetzt Winkel-Fräskopf Winkel-Gewindebohrkopf zurückgesetzt Winkel-Bohr- und Fräskopf y-verstellbar Winkel-Bohr- und Fräskopf zurückgesetzt Winkel-Bohr- und Fräskopf Winkel-Bohr- und Fräskopf + / ± 90Ê schwenkbar Scheibenfräserkopf Querfräskopf Mehrspindel-Gewindebohrkopf axial Mehrspindelkopf axial Bild 9.16 AngetriebeneWerkzeuge-Beispiele Mehrspindel-Gewindebohrkopf radial Mehrspindelkopf radial 488

25 Spannen Einsatzmöglichkeiten am Revolverkopf Scheibenrevolver 1 2 Bild 9.17 Einsatz angetriebener Werkzeuge auf Drehzentren mit Scheibenrevolver Im Bild 9.17 ist der Einsatz der angetriebenen Werkzeuge auf Scheibenrevolver prinzipiell dargestellt. Dabei sitzen die Werkzeuge auf der Planseite des Revolvers. Die Axial-Köpfe arbeiten in axialer Richtung (Werkzeugkopf 1) und die Winkel-Köpfe in radialer Richtung (Werkzeugkopf 2). Dabei ist bei den Winkel-Köpfen der Flugkreis zu beachten Sternrevolver Beim Sternrevolver sitzen die Werkzeuge am Umfang des Revolvers (vgl. Bild 9.18). Hier ist die Lage des Revolvers zur Spindel wichtig: V Revolver senkrecht zur Spindel: Axial-Kopf = Radial-Bearbeitung Winkel-Kopf = Axial-Bearbeitung V Revolver parallel zur Spindel: Axial-Kopf = Axial-Bearbeitung Winkel-Kopf = Radial-Bearbeitung Bild 9.18 Einsatz angetriebener Werkzeuge auf Drehzentren mit Sternrevolver 489

26 Maschinen mit Sternrevolver besitzen oft eine Rückseitenspindel (Subspindel). Somit sind rechte und linke Werkzeuge einsetzbar als auch Werkzeuge 180 umsetzbar. V Rechtes Werkzeug: Das Werkzeug liegt mit dem Schaft vom Körper weg. Die Verzahnung liegt oben. Wird von oben auf das Werkzeug gesehen liegt die Schneide rechts. V Linkes Werkzeug Werkzeug und Schaft liegt analog oben beschrieben. Die Schneide zeigt jedoch nach links Vor- und Nachteile verschiedener Antriebe DIN-Schaft und Antrieb durch den Schaft V Einfaches Klemmen Å dadurch kurze Rüstzeiten, V Hoher Ausrichtaufwand bei nicht axialen Köpfen, V Begrenzte Dimensionierung von Lagerung usw., V Werkzeuge neigen zum Abheben bei Schwerzerspanung, V Teilweise Austauschbarkeit auf unterschiedlichen Maschinen verschiedener Hersteller DIN-Schaft und externer Antrieb V Einfaches Klemmen Å dadurch kurze Rüstzeiten, V Meist kein Ausrichten, da externer Antrieb als zusätzliche Positionierung dient, V Stärkerer Antrieb möglich, V Kostenintensiver, da oft Getriebestufe nötig (z.b. Axial-Köpfe), V Abheben der Köpfe bei Schwerzerspanung, V Keine Austauschbarkeit zu Maschinen verschiedener Hersteller Rundschaft und Anschraubung V Hohe Stabilität, V Kein Abheben bei Schwerzerspanung, V Keine Schwächung des Schaftes durch Verzahnung, V Einfaches Umsetzen (rechte und linke Werkzeuge), V Hohe Momentübertragung durch größere Schäfte, V Hoher Rüstaufwand durch langwieriges Schrauben, V Köpfe nicht austauschbar für Maschinen verschiedener Hersteller 490

27 Spannen 5.2 Angetriebene Werkzeuge für Bearbeitungszentren Analog zu den Werkzeugköpfen für den Einsatz auf Drehmaschinen lassen sich angetriebene Werkzeuge zur Kostenminimierung durch Erhöhung der Flexibilität bei der Nutzung der Maschinentechnik, durch Komplettbearbeitung komplizierter Werkstücke sowie durch Rationalisierung der Arbeitsabläufe auch auf Bearbeitungszentren einsetzen. Nachfolgend wird in Bild 9.20 ein Überblick über verfügbare Werkzeugköpfe mit innerer und externer Kühlmittelzufuhr für den Einsatz auf Bearbeitungszentren gegeben. Bild 9.19 Schwenkkopf Fordern Sie einfach weiteres Informationsmaterial oder eine Beratung an! Folgende Präzisionswerkzeuge sind verfügbar: Winkel-Fräskopf Axial-Bohr- und Fräskopf mit Über-/Untersetzung Winkel-Bohr- und Fräskopf Winkel-Bohr- und Fräskopf Mehrspindel- Gewindebohrkopf axial Winkel-Gewindebohrkopf Mehrspindelkopf axial Winkel-Scheibenfräserkopf Winkel-Bohr- und Fräskopf 90Êschwenkbar Mehrspindel-Winkel-Bohrkopf Mehrspindel-Winkel- Gewindebohrkopf Bild 9.20 Verfügbare angetriebene Werkzeuge für den Einsatz auf Bearbeitungszentren 491

28 6 Tabellen Werkzeugschäfte nach DIN 228 und DIN 2080 Werkzeugschäfte DIN 228 und DIN 2080 (Hauptmaûe) DIN 228 Morsekegel und metrische Kegel (Ausgabe Mai 1987) DIN 2080 Steilkegel (Ausgabe Dezember 1978) Morsekegel und metrischer Kegel DIN 228 mit Austreibgewinde Mitnehmerlappen Morsekegel und metrischer Kegel DIN 228 mit Anzugsgewinde Kegel Verjüngung Winkel a b d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7* L1 L2 L3 L4 L5 L6 t* a mm mm mm mm mm mm metr. Zoll mm mm mm mm mm mm mm mm mm MK0 1:19,212=0, Ê29 27² 3 3,9 9,045 9,2 6,4 6* ± ± 6, ,5* 10,5* ± 4 ± ± MK1 1:20,047=0, Ê25 43² 3,5 5,2 12,065 12,2 9,4 9* M 6 ± 9 8,7 53,5 62* 13,5* 16** 5 ± ± MK2 1:20,020=0, Ê25 50² 5 6,3 17, ,6 14* M10 ± 14 13, * 16* 24** 5 ± ± MK3 1:19,922=0, Ê26 16² 5 7,9 23,825 24,1 19,8 19* M12 Wh 1/2² 19,1 18, * 20* 24** 7 ± ± MK4 1:19,254=0, Ê29 15² 6,5 11,9 31,267 31,6 25,9 25* M16 Wh 5/8² 25,2 24,5 102,5117,5* 24* 32** 9 ± ± MK5 1:19,002=0, Ê30 26² 6,5 15,9 44,399 44,7 37,6 35,7* M20 Wh 3/4² 36,5 35,7 129,5149,5* 29* 40** 10 ± ± MK6 1:19,180=0, Ê29 36² ,348 63,8 53,9 51* M24 Wh 1² 52, * 40* 47* 16 ± ± 4 2 ± 4 4,1 2,9 2,5* ± ± ± ± 23 ± ± ± 2 ± ± 6 3 ± 6 6,2 4,4 4* ± ± ± ± 32 ± ± ± 3 ± ± ,4 70,2 67* M30 Wh 1 3/8² * 48* 59** 24 ± ± ,5 88,4 85* M36 Wh 1 3/8² * 58* 70** 30 ± ± 120 1:20=0,05 1Ê25 56² ,6106,6 102* M36 Wh 1 3/8² * 68* 70** 36 ± ± (140) ,7124,8 120* M36 Wh 1 1/2² * 78* 70** 42 ± ± , * M48 Wh 1 3/4² * 88* 92** 48 ± ± ,9161,2 156* M48 Wh 1 3/4² * 98* 92** 54 ± ± (180) ,4 174* M48 Wh 2² * 108* 92** 60 ± ± SK30 1,6 16,1 31,75 ± 16,5 17,4 M12 1/2²-13UNC ± ± 68,4 48,4 33, ** 16,2 7 : 24 = SK40 1,6 16,1 44,45 ± 24 25,3 M16 5/8²-11UNC ± ± 93,4 65,4 42, ** 22,5 1 : 3,4286 = 8Ê17 50² SK50 3,2 25,7 69,85 ± 38 39,6 M24 1²-8UNC ± ± 126,8 101,8 61, ** 35,3 0,29167 SK60 3,2 25,7 107,95 ± 58 60,2 M30 11/4²-7UNC ± ± 206,8 161, ** 60 Querbefestigung DIN 1806 (Ausgabe Juni 1964) für Werkzeugschäfte DIN 228 Kegel d2* d3* L1* L2* L3* L4* s1* s2* mm mm mm mm mm mm mm mm MK3 9,2 ± 55,5 32 ± ± 8,3 ± MK4 9,4 ± 59,5 37 ± ± 8,3 ± MK5 14 ± ± ± 12,4 ± MK6 18,75 22, ,4 19, , ,5 26, ,5 32, , ,5 38, ,5 50,5 Bohrfutter-Einsteckzapfen DIN 238 (Ausgabe Juni 1962) Zapfen Gröûe D mm d mm kombinierb. L mit mm Morsekegel für Bohrfutter mit Spannber. Die in ( ) stehenden Gröûen sind möglichst zu vermeiden! *) Gröûtmaûe **) Kleinstmaûe 1) verkürzte Ausführung Gr. Spann-é des Bohrfutters B6 6,350 5, MK0 bis MK2 bis 3 mm ± B10 10,094 9,4 14,5 MK0 bis MK2 3 mm bis 4 mm 8 B12 12,065 11,1 18,5 MK0 bis MK2 6 mm bis 8 mm 10 B16 15,733 14,5 24 MK1 bis MK3 10 mm bis 13 mm 16 B18 1) 17,431 16,2 32 MK1 bis MK3 16 mm 16 B22 21,793 19,8 40,5 MK2 bis MK4 20 mm 20 B24 23,825 21,3 50,5 MK3 bis MK5 26 mm bis 32 mm 26 Tabelle 9.7 Standards Morsekegel 3 ± 5 Morsekegel 6 und metrischer Kegel 80 ±

29 kapitel_09_spanen.fm Seite 493 Donnerstag, 20. Juni :44 14 Spannen 493