Aussergewöhnliche Zerspanungsleistung

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Standard-VHM-Fräser ohne Chancen

Doch bevor der Prozess richtig lief, setzten die Fertigungstechniker zu Beginn auf einen im Werkzeuglager der Reiden AG vorhandenen Standard-VHM-Schaftfräser. In diesem Zusammenhang muss betont werden, dass der anfänglich eingesetzte VHM-Schaftfräser nicht für das trochoidale Fräsen zugeschnitten war.

Die ersten trochoidalen Fräsversuche waren dementsprechend ernüchternd, wie Beat Müller (Produktionsleiter, Reiden) festhält: «Wir haben bei diesem Anwendungsfall etwas sehr Entscheidendes gelernt: Beim trochoidalen Fräsen müssen alle beteiligten Fertigungsmittel perfekt aufeinander abgestimmt sein. Der Schaftfräser, den wir zu Beginn nutzten, war das definitiv nicht. Seine Makro- wie auch Mikro-Geometrien waren klar nicht auf das trochoidale Fräsen ausgelegt. Entsprechend hoch war sein Verschleiss.»

«Das ist das Schöne an unserem Beruf»

Daniel Lustenberger (Verkaufsleiter, Reiden): «Das ist das Schöne an unserem Beruf. Solche Anwendungsfälle machen die Fertigung so abwechslungsreich. Fertigungsprozesse sind immer wieder eine Herausforderung. Wenn ein Part nicht an den gesamten Prozess angepasst ist, dann bekommen wir suboptimale Zerspanungsergebnisse. Aber das Beispiel zeigt auch, wie anspruchsvoll ein Zerspanungsprozess sein kann. Wir hätten mit dem klassischen VHM-Fräser einfache Bahnen fräsen können. Das wäre machbar, aber erstens wäre es viel zu langsam und zweitens hätten wir hier einiges in die verschlissenen Fräser investieren müssen. So haben wir uns mit Walter nochmals zusammengesetzt und sind schliesslich auf eine herausragende Lösung gekommen.»

Der Hochleistungsfräser, der fast direkt aus der Entwicklungsabteilung der Walter AG kam, sprengte dann alle Erwartungen.

B. Müller: «Aufgrund unserer ersten oben genannten Erfahrungen mit dem Trochoidalfräsen sind wir doch skeptisch gewesen, ob wir den Rostfrei-Rundtisch mit einem Schaftfräsverfahren produzieren sollen. Aber was dann mit dem neuen Fräser herauskam, sprengte alle unsere Erwartungen. Mussten wir den bisher eingesetzten VHM-Schaftfräser alle 15 Minuten wechseln, ergab sich nun eine komplett neue Situation. Die Neuentwicklung von Walter läuft und läuft und läuft und läuft. Das war absolut eindrücklich. Wir konnten mit einem einzigen Fräser alle Nuten des Rundtisches komplett fertig bearbeiten im Trochoidalfräsverfahren. Die gesamte Bearbeitungszeit betrug 420 Minuten bei 1035 Meter Standweg. Die Werkzeugwechselzeit lag bei null, weil wir nicht wechseln mussten. Doch das Beste kam zum Schluss, der Fräser sah absolut unbenutzt aus, und das nach sieben Stunden ununterbrochenem Hochleistungsfräsen in rostfreien Stahl. Das habe ich so noch nicht erlebt.»

Beim verwendeten Fräser handelt es sich um einen Walter-Prototyp-Schaftfräser MD133-12.0­W5X060L WJ30RA. Er verfügt über fünf Schneiden mit ungleicher Teilung für die Reduzierung der Schwingungen und hat 12 mm Durchmesser. Da­rüber hinaus verfügt der Trochoidal-VHM-Fräser über eine speziell entwickelte Spanbrechergeo­metrie. In dem Anwendungsfall wurde das Grade WJ30RA benutzt. Die Grades sind in der Vor- und Nachbehandlung sowie in der Mikrogeometrie speziell für die empfohlenen Material-Gruppen ausgelegt worden.

Genial: mit voller Schneidenlänge im Einsatz

Die Eckwerte sind zum Teil beeindruckend. So liegt die axiale Zustellung ap bei 38 mm. Die fertige Nuttiefe wurde damit praktisch im ersten Fräs-Durchgang erreicht. Die weiteren Schnittwerte sahen wie folgt aus: vc 157 m/min, fz 0.117, vf = 2440 mm/min bei einer Drehzahl von 4165 1/min.

P. Petri: «In diesem Fall war mit dem hohen ap-Wert fast die gesamte Schneidenlänge im Einsatz. Das ist vorteilhaft für einen gleichmässigen Schneidenverschleiss über die gesamte Schneidenlänge. Darüber hinaus ist das Kräftebild beim trochoidalen Fräsen sehr homogen. Das liegt daran, dass beim Trochoidalfräsen die Schneiden des Fräsers immer im optimalen Eingriffswinkel sind.»

Höchste Anforderungen an Maschinendynamik

R. Willimann: «Der Fräser ist das eine, aber auch die Maschinenparameter müssen stimmen. Das Trochoidalfräsen fordert von unseren Werkzeugmaschinen höchste Dynamiken. Wir benötigen extrem schnelle Steuerungstechnik und hochdynamische Antriebstechnik. Unsere Reiden-Werkzeugmaschinen sind auf diese Herausforderungen perfekt zugeschnitten. Wir haben das Trochoidalfräsen erst kürzlich im Bereich des Tannenbaumfräsens von Turbinenschaufeln entwickelt. Die Beschleunigungen unserer Maschinen machen Trochoidalfräsen möglich, trotz des grossen Tisches und der doch beachtlichen Massen unserer Werkzeugmaschinen.»

D. Lustenberger: «Gleichwohl muss man betonen: Trochoidalfräsen auf unseren recht gross bauenden und massiven Reiden-Maschinen ist eine enorme Herausforderung an die Maschinendynamik und entsprechend auch an unsere Kon­strukteure und Maschinen-Entwickler. Denn es ist ein Unterschied, ob Sie 1000-kg- oder 200-kg-Maschinen­tische hochdynamisch in ständig wiederkehrenden Kreisbahnen beschleunigen müssen. Wir lösen das mit verschiedenen Parametern und arbeiten beispielsweise beidseitig mit Kugelumlaufspindeln (Master-und-Slave-System) am Tisch. Mit nur einer Kugelumlaufspindel wäre der Trochoidalfräs-Prozess sehr schwierig zu realisieren. Wir haben auch zwei Messsysteme auf der y-Achse. Der Versatz darf maximal 3 µm sein, dann reagieren die Antriebssysteme.»

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