Zerspanung im stetigen Wandel

Transkript

1 Headline, einzeilig. single spaced Headline, zweizeilig. double spaced DMG innovative technologies Andreas Rossberger Produktmanager HSC 1

2 Einflussfaktoren auf die Zerspanung Bauteil Bearbeitungsprozess Produktivität Fertigungsgenauigkeit Randzonenbeeinflussung Oberfläche Werkstoff Spanbildung Temperatur Verschleiß Reibung Fertigungskosten Schnittparameter Zerspanung Schnittgeschwindigkeit Vorschub Zerspankraft Kühlschmierstoff Art Eigenschaften Schneidengeometrie Antriebstechnik Dynamik Thermisches Verhalten Maschinengenauigkeit Spanungsparameter Schneidstoff Werkzeugmaschine 2

3 Entwicklungsschritte Zerspanung um 1900 Werkzeuge aus Werkzeugstahl v c 5 m/min Manuelle Bedienung 3

4 Entwicklungsschritte Zerspanung Werkzeuge aus Hartmetall Schnittgeschwindigkeit 50 m/min NC Steuerung Lochkarten, Lochstreifen, Streckensteuerung, Bahnsteuerung Eilgang Trapezgewinde 1m/min, 2m/min, 4m/min, 6m/min Drehzahl min -1 mit Getriebestufen Automatische Werkzeug- und Palettenwechsel 4

5 Entwicklungsschritte Zerspanung Heute Werkzeuge Beschichtetes Hartmetall oder CBN (Schnittgeschwindigkeit 400 m/min) Werkstückdaten dxf, iges 5- Achs- Steuerungen Simultanbearbeitung Programmiersysteme CAD/CAM Motorspindeln bis min -1 Hybridlager, hydrostatische Lager Eilgang Kugelgewindetrieb 50 m/min Linearantriebe bis 100 m/min Gleitführungen, Kugel-/ Rollenführungen Hydrostatische Führungen 5

6 Eigenschaften von Schneidstoffen Schnittgeschwindigkeit v c [m/min] für Stahl mit 600N/mm² Zugfestigkeit 1600 PCD, Schneidkeramik (Al 2 O 3, ZrO 2 ) Keramik Besch. HM CBN Gesinterte Hartmetalle Schnellarbeitsstahl HSS 10 4 Werkzeugstahl

7 Schnittgeschwindigkeiten verschiedener Materialien Schnittgeschwindigkeit HSC Bereich Toolox N/mm² m/min N/mm² m/min Aluminium, hochfest N/mm² m/min 7

8 Effektiver Werkzeugdurchmesser Schnitttiefe 4,5 D c = Kalkulierter Durchmesser 4 3,5 3 D c D e a p D c = 6 mm D e = Effektiver Durchmesser 2,5 2 r1 r2 r3 r4 1,5 D e = 2 mm 1 0,5 0,1 0,2 mm 0 v c = n x Π x d Werkzeug Durchmesser Der effektive Werkzeugdurchmesser liegt meist deutlich unter dem kalkulierten Werkzeugdurchmesser 8

9 5-Achs-Bearbeitung Vorteile für den Anwender D c D c D e a p D e a p _ Durch das Anstellen des Werkzeuges erhöht sich bei gleicher Drehzahl und a p der effektive Durchmesser und somit die Schnittgeschwindigkeit v c. _ Die Werkzeugspitze ist nicht mehr im Einsatz (v c = 0) 9

10 5-Achs-Bearbeitung Vorteile für den Anwender Gleichlauf Gleichlauf/ Gegenlauf Gleichlauf 30 in Fräsrichtung Ra = 0,44 µm Quer Ra = 0,72 µm in Fräsrichtung Ra = 0,87 µm Quer Ra = 0,82 µm in Fräsrichtung Ra = 0,24 µm Quer Ra = 0,25 µm Bearbeitungszeit 8min 24sek. Bearbeitungszeit 6min 12sek. Bearbeitungszeit 8min 24sek. Drehzahl n = min -1 Vorschub f = mm/min Kugelfräser d = 6 mm Zustellung a e = 0,08 mm 10

11 5-Achs-Bearbeitung Vorteile für den Anwender Bearbeitung in einem Schritt statt vieler kleiner Inkremente Bessere Oberfläche Kürzere Bearbeitungszeit Weniger Nacharbeit Keine Vorrichtungen notwendig Ersparnis von Kosten und Zeit Höhere Genauigkeit Reduzierung der Werkzeuglänge Höhere Stabilität des Werkzeuges Weniger Schwingungen Höhere Lebensdauer der Werkzeuge Bessere Oberfläche 11

12 Antriebstechnik Direktes Wegmesssystem (Option) Direktes Wegmesssystem (Standard) Tisch Encoder Motor Gewindetrieb Lager Tisch Linear Motor Maschinenbett Maschinenbett Weniger Komponenten Kein Spiel Geringeres Gewicht Verschleißfrei Höhere Genauigkeit Höhere Dynamik Höhere Verfügbarkeit 12

13 Antriebstechnik Konventionelle Maschine Maschine mit Linearantrieben Verfahrweg X/Y/Z mm 700/ 550/ / 600/ 560 Spindel min Eilgang m/min % 90 Beschleunigung m/s² % 18 Anschluss kva % 73 Nennstrom A %

14 Bearbeitungsbeispiele Konventionell Linear Schruppen 6 min 03 sek. 4 min 03 sek. Vorschlichten 6 min 13 sek. 4 min 00 sek. Schlichten 22 min 09 sek. 18 min 59 sek. Oberfläche Ra 0,67 µm 0,64 µm Bearbeitungszeit 34 min 25 sek. 27 min 02 sek. Zeitersparnis 21,4% bei gleicher Oberfläche und Genauigkeit Konventionell Linear Schruppen 35 min 29 min Restmaterial 90 min 73 min Vorschlichten 12 min 11,5 min Restmaterial 135 min 112 min Vorschlichten 247 min 217,5 min Schlichten 990 min 833 min Bearbeitungszeit min min 25,15 h 21,27 h Zeitersparnis 3,88 Stunden bzw. 15% 14

15 Steuerungstechnik Moderne CNC Steuerungen _ Leistungsfähige Prozessoren _ 3D-Werkstücksimulation Grafischer Programmcheck _ Leistungsfähige Werkzeug und Palettenverwaltung _ AAC = Automatische Beschleunigungskontrolle _ ATC = Application Tuning Cycle _ AFC = Adaptive Schnittkraft Überwachung _ Betriebsdatenerfassung _ Anzeige von Wartungsintervallen, Fernwartung 15

16 Steuerungsfunktionen - AAC, ATC Einschalten der Maschine Maschinenparameter Default-MP-File ist aktiv kg nein Beschleunigungskontrolle? ja Automatischer Wägelauf oder Handeingabe X 0-300kg kg kg nein ATC Option? X ja Geschwindigkeit v max 0-300kg v max kg v max kg v max Auswahl des Fräsmodus X Oberfläche R z 0-300kg R z kg R z kg R z Start CNC-Fräsprogramm X Genauigkeit δl 0-300kg δl kg δl kg δl 16

17 Temperaturkompensation X-Achse Reduzierung 70% Y-Achse Reduzierung 90% Z-Achse Reduzierung 75% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 17

18 Werkstückdaten CAD/CAM Programmierung CAD Design CAD-File für Hüftnagelgesenk CAM Bahngenerierung Werkzeugkorrektur Interpreter CAM-Frässimulation NC Transformation Geschwindigkeitsführung Interpolation Mechatronik Vorschubregelung Maschine & Antriebe Foto des fertigen Gesenks 18

19 Moderne Fertigungsverfahren Contra EDM Beispiel: Spritzgussform für Radioabdeckung Problematik: EDM bei konvexen Geometrien nicht möglich. Voraussetzungen: Kleiner Werkzeugdurchmesser Hohe Drehzahlen Hohe, gleichmäßige Vorschübe Hohe Stabilität im System Werkzeug-Spindel 19

20 Moderne Fertigungsverfahren Contra EDM Zeit- und Kostenvergleich Info HSC Zeit EDM Zeit Maschinenkosten Fräsen (direkt oder Elektrode) Std. (70,- /h) 630 Werkzeugkosten Fräsen Std. (70,- /h) Kosten EDM Materialkosten EDM Kupfer Kosten Nacharbeit (Polieren) Std. (45,- /h) 8 Std. (35,- /h) Gesamt Kosten Gesamt Zeit 13 Std. 37 Std. Ersparnis Std. 20

21 Zeitersparnis durch moderne Fertigungsverfahren Formentwicklung Formkonstruktion Arbeitsvorbereitung, inkl. Herstellung von Elektroden Schruppen Schlichten Manuelle Nacharbeit inkl. Erodieren Formmontage Formtest Konventionelle Bearbeitung Moderne Bearbeitung Zeitersparnis bis 60% 21

22 22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit