1.1 Einleitung / Grundlagen der Zerspanung

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1 CNC CAM Techniken / 1. Zerspanungsprozess 1.1 Einleitung / Grundlagen der Zerspanung Massgebend für das Ergebnis eines spanabhebenden Bearbeitungsvorganges sind eine Reihe von Einflussgrössen, die sich aus dem Zusammenwirken von Werkstück, Werkzeug, Werkzeugmaschine und Bediener sowie dem Spanbildungsprozess selbst ergeben. Um eine optimale Prozesssicherheit zu erlangen müssen möglichst alle Parameter aufeinander abgestimmt werden. Bearbeitungsprozess Spanbildung Temperatur Verschleissbetrachtung Reibung Bauteil / Fertigteil Genauigkeit Randzonenbeeinflussung Oberflächenbeschaffenheit Werkstoffeigenschaften Zerspanungsparameter Schnittgeschwindigkeit Zustelltiefe & Vorschub Zerspanungskräfte Kühlschmierstoff Zerspanung Schneidstoff Schneidstoffart Eigenschaften Geometrie Einsatzgebiet Werkzeugmaschine Dynamik & Steifigkeit Genauigkeit Thermisches Verhalten Produktivität Kosten der Fertigung Kostenoptimierung Schnittdatenparameter Bei der spanenden Bearbeitung unterscheidet man Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide und Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide. Definierte Schneide Undefinierte Schneide - Drehen - Schleifen - Bohren - Honen - Senken - Läppen - Fräsen - Gleitschleifen - Räumen - Strahlspanen - Sägen - Abtrennen mit - Hobeln Schleifmittel - Feilen Bild: Seco Tools Bild: Winterthur Technologie Group Um ein optimales Ergebnis in der spanenden Fertigung erzielen zu können sind besonders wichtig: Die Form der Werkzeugschneide und damit die Spanbildung und lenkung an der Werkzeugschneide Die auftretenden Zerspanungskräfte sowie deren Temperaturen welche auf den Schneidstoff und das Werkstück einwirken Die Verschleissfestigkeit, Zähigkeit und Härte der Schneidstoffe Die Herstellungsart des Schneidstoffes 3

2 CNC CAM Techniken / 3. Schneidstoffe 3.2 Die drei Haupteigenschaften der Schneidstoffe Es gibt drei Haupteigenschaften, die bei Schneidstoffen für die heute üblichen hohen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe von besonderer Bedeutung sind: Die Fähigkeit, Verschleiß zu widerstehen (Verschleißwiderstand), Die Festigkeit, nicht zu brechen (Zähigkeit) und die Fähigkeit, Härte und chemische Beständigkeit bei hohen Temperaturen nicht zu verlieren (Warmhärte). Der Verschleisswiderstand Ist die Fähigkeit, unterschiedlichen Arten von Verschleiß so zu widerstehen, dass die Schneidkante ihre Leistungsfähigkeit während einer geplanten Zeit, unter Einhaltung verschiedener Qualitätsparametern nicht verliert. Die Zähigkeit Lässt sich auf verschiedene Arten darstellen, z.b. durch Biegefestigkeit und Biegebruchfestigkeit. Die Warmhärte Ist eine andere sehr wichtige Eigenschaft, entscheidend für die Bearbeitung bei Temperaturen, die beim Zerspanen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten auftreten. In diesem Zusammenhang ist der Unterschied zwischen Schneidstoffen beträchtlich. Die entstehende Wärmemenge wird abgeführt durch (ausgenommen HSC!): Span 70% Werkzeug 20% Werkstück 9% Umgebung 1% Schneidstoff- Übersicht in Abhängigkeit der drei Haupteigenschaften PKD ND IDEALER SCHNEIDSTOFF CBN Härte / Verschleissfestigkeit Keramik Al2O3 Keramik Si3N4 Cermet beschichtet unbeschichtet Feinst- und Ultrafeinstkorn HSS PM HSS Bruchzähigkeit 49

3 CNC CAM Techniken / 12. Elektrische Antriebe für Werkzeugmaschinen 12.1 Einleitung Bild: Heidenhain Beim Anblick einer Werkzeugmaschine bleiben meistens die Details der installierten Antriebstechnik verborgen, so dass erst bei der Demontage diverser Abdeckungen die Technik der Antriebe ersichtlich wird. Dabei ist es nicht aussergewöhnlich, dass in einer Maschinenbaugruppe mit einem geschlossenen Funktionsablauf Antriebsarten verschiedener Technologien kombiniert werden, wie beispielsweise Applikationen elektromechanischer Antriebe senkrecht oder waagerecht bewegter Maschinenschlitten in Kombination mit hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Gewichtsausgleichen. Geregelte Haupt- und Servoantriebe sind wichtige Komponenten jeder CNC- Werkzeugmaschine und bestimmen in starkem Masse sowohl die Produktivität der Maschine, als auch die Qualität der Werkstücke. Synchron- und Asynchronmotoren finden als Bausatz- und Gehäusemotoren ihre Anwendung. Moderne Dreh-, Fräs-, und Schleifmaschinen stellen sehr hohe Ansprüche an die Dynamik und Genauigkeit der Antriebssysteme. Bezogen auf die Maschine lauten diese Anforderungen: Hohe Bearbeitungsgenauigkeit über den gesamten Verfahrweg Höchste Präzision und Dynamik Hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und Beschleunigung Geringe Nebenzeiten um die Produktivität konstant hoch halten zu können Geringe Reparaturkosten und somit geringe Stillstandzeiten Nach Art der Antriebsaufgabe lassen sich Antriebssysteme einteilen in: Vorschubantriebe Hauptspindelantriebe Hilfsantriebe alle NC- Achsen z.b. X, Y, Z sowie deren Rotationsachsen A, B, C Frässpindel eines Bearbeitungszentrum Spindelantrieb einer Drehmaschine Werkzeugwechsler, Palettenwechsler, etc 211

4 CNC CAM Techniken / 15. Werkzeugaufnahmen 15.1 Einleitung Steilkegel SK Hohlschaftkegel HSK Flächenspannfutter Spannfutter für Spannzangen Hydro- Dehnspannfutter Polygonspanntechnik Hochgenauigkeitsfutter HG Schrumpffutter Schrumpfgeräte Einsatzgrenzen der Spannfutter Wuchtgüte & Restunwucht Coromant Capto System Bild: Schunk Intec Das System Werkzeugmaschine Werkzeugaufnahme bis hin zum Werkzeug muss in der heutigen Fertigungstechnologie als eine Einheit angesehen werden. Nur eine optimale Abstimmung dieser Schnittstellen erlaubt es höchste Fertigungsgenauigkeit und Prozesssicherheit zu garantieren sowie die Bearbeitungszeiten reduzieren zu können. Aus dem Prozess heraus ergeben sich folgende Anforderungen an die einzelnen Systeme: Werkzeugmaschine: Werkzeug: Werkzeugaufnahme: Hohe Steifigkeit Schwingungsdämpfendes Fundaments Wuchtgüte und Genauigkeit der Spindel Leichtbau bewegter Teil Lösezyklen sowie Einzugskräfte der Maschinenspindel Intelligente Steuerung zur Werkzeugverwaltung Hohe Wuchtgüte und Rundlaufgenauigkeit Schneidstoff und deren Beschichtung Herstellerqualität Hohe Wuchtgüte und Rundlaufgenauigkeit Problemloses Spannen der Werkzeuge Vibrationsdämpfend Optimale Kraftübertragung Grosses Rutschmoment 249

5 CNC CAM Techniken / 19. Spannmittel 19.6 Nullpunktspannsysteme Leistungsfähige Werkzeugmaschinen und Werkzeuge allein reichen nicht, um wirtschaftlich zu fertigen. Genauso wichtig sind Spannmittel und Spannsysteme, die die Rüstzeiten minimieren. Nullpunktspannsysteme bringen in dieser Hinsicht einige Vorteile mit sich. So erspart die einheitliche Schnittstelle für alle Bearbeitungen ein teures Umspannen der Werkstücke. Das µm- genaue Spannen sichert eine höchste Bearbeitungsqualität. Aufgrund der Rüstzeitreduzierung werden die Stillstandzeiten der Maschinen minimiert. Auf Nullpunktspannsystemen lassen sich Werkstück, Vorrichtungen und Spannmittel in einem Arbeitsgang schnell und präzise positionieren, fixieren und spannen. Sie verkürzen auf diese Weise drastisch die Rüstzeiten und sind damit ein entscheidender Faktor, wenn es um Kosteneinsparungen in der Prozesskette geht. Vorteile von Nullpunktspannsystemen Positionieren, Fixieren und Spannen in einem Arbeitsgang Sekundenschneller Werkstück- Vorrichtungswechsel Einheitsschnittstelle für alle Maschinen Wiederholgenauigkeit <0.005mm Formschlüssige, selbsthemmende Verriegelung Haltekräfte bis 75'000 N Rüstkostenersparnis bis zu 90% Schnell und genau vom Maschinentisch auf die Messmaschine und zurück! Bilder: Schunk Intec 342