Effizient wirbeln am Kurzdreher

>> Mit einem Gewindewirbler mit neun oder zwölf Schneiden von Utilis kann die Gewindeherstellung viel effizienter erfolgen. Aufgrund der höheren Schneidenzahl sind die Bearbeitungszeiten wesentlich kürzer. Neu werden die Utilis-Gewindewirbler auch erfolgreich auf Kurzdrehautomaten eingesetzt. Ein Anwendungsbeispiel mit einem Dreh-/Fräszentrum von Bumotec bei VA CNC Präzisionstechnik in D-St. Georgen.

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Bei der Fertigung von hochwertigen Schrauben, wie sie in der Medizintechnik benötigt werden, hat sich in den letzten Jahren das Gewindewirbeln am Langdrehautomaten als Verfahren zur Gewindeherstellung etabliert. Der Bearbeitungspunkt liegt nah an der Führungsbuchse des Automaten und das Gewinde wird in einem Arbeitsgang ab Stange fertig gestellt. Die Bearbeitungszeiten beim Wirbeln sind kurz, die Standzeiten lang und es werden beim Gewindewirbeln hohe Oberflächenqualitäten erzielt.

Höhere Zähnezahl – höhere Produktivität

Die Utilis AG hat dafür Wirbelwerkzeuge mit neun und zwölf Schneiden entwickelt – sonst üblich sind Werkzeuge mit drei bis sechs Schneiden. Zusammen mit einer effizienten Hochdruckkühlung verbessern sich mit diesen innovativen Werkzeugen Produktivität und Qualität entscheidend. Im Vergleich zu Werkzeugen mit geringerer Schneidenzahl können die Bearbeitungszeiten fast halbiert werden, die Standzeiten verlängern sich beträchtlich und die Oberflächenqualität ist verbessert.

Gewindewirbeln am Kurzdrehautomaten

Jetzt hat Utilis die Wirbelwerkzeuge mit neun und zwölf Schneiden auch für die Anwendung am Kurzdrehautomaten weiterentwickelt – in einer Kooperation mit dem Maschinenbauunternehmen Bumotec aus dem Gruyères. «Die Idee, Gewinde auch am Kurzdrehautomaten zu wirbeln, gibt es schon länger, aber bisher hatte es sich nie richtig durchgesetzt», erklärt Matthias Filipp, Produkt-Manager von Utilis. Der Vorteil des Wirbelns am Kurzdreher – im Gegensatz zum Langdrehautomaten – liegt in der stabilen Spannung, der daraus resultierenden hohen Drehzahl sowie dem Vorschub pro Zahn und damit verbunden in einer höheren Produktivität.

Verbesserung: eine statt sieben Sekunden

Erster Anwender dieser Entwicklung ist die VA CNC Präzisionstechnik aus St. Georgen. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Fertigung von anspruchsvollen Präzisionsdreh- und -frästeilen vor allem für die Medizintechnik und die Luft- und Raumfahrt sowie andere Industriezweige. Allerdings war das Unternehmen bis anhin nicht in der Wirbeltechnik tätig – hatte aber schon viele Kundenanfragen dazu erhalten.

Zum Maschinenpark des Unternehmens gehören zwei Bumotec-S-191-FTL-R-7-Achsen-Dreh-Fräszentren mit HSK-40-WKZ-Haltersystem, für deren Anbindung die Wirbelwerkzeuge spezifisch ausgelegt wurden. Und die Resultate können sich sehen lassen: Auf der Bumotec werden mit dem Utilis-Wirbelwerkzeug in einer Sekunde 16-mm-Gewinde in rostfreiem Stahl 1.4305 gewirbelt und dies mit Topqualität. Sieben Sekunden werden dagegen auf dem Langdreher für die gleiche Länge und gleiche Qualität benötigt.

Optimale Kühlung und stabile Spannung

Diese enorme Verbesserung hat mehrere Gründe. So ist die Kühlung über HSK 40 angebunden und damit direkt auf die Schneiden gerichtet. Dies führt zu einem optimalen Wärme- und Späneabtransport, wodurch bessere Schnittwerte erreicht werden. Ausserdem garantiert das Maschinenkonzept eines Kurzdrehautomaten im Gegensatz zum Langdreher eine stabile Werkstückspannung.

Die einzige Einschränkung beim Bearbeiten am Kurzdrehautomaten liegt im Durchmesser-Längenverhältnis des Werkstücks. Ab einer Länge von 3–5 x Ø können instabile Verhältnisse beim Bearbeiten der Werkstücke auftreten, das Werkstück biegt sich durch und kann – rein physikalisch bedingt – nicht mehr am Kurzdreher bearbeitet werden.

Maschinenqualität – Basis für verbesserte Schnittdaten

Einige der Vorteile sind auch maschinenbedingt. Die Bumotec S-191 kombiniert hohe Stabilität und Steifigkeit in Verbindung mit der Linearmotortechnik und bietet zudem eine überraschende Flexibilität. Das High-End-Dreh-Fräszentrum ist aufgrund seines Achsenkonzepts in der Lage, komplexeste Teile in einer Aufspannung komplett zu fertigen. Alle Spindeln sind mit Direktantrieb ausgestattet, zwei Linearachsen mit der Linearmotor-Technologie. An der Frässpindel sind bis zu 30 000 U/min im Standard enthalten, bei 100 % ED. Die B-Achse hat einen freien Schwenkbereich von +115 ° bis –30 °.

Die Maschine bietet die Chance, die hochwertigsten Werkzeuge einzusetzen, vom Micro-Dreh-Fräsen bis zum qualitativen Hochleistungswirbeln und -zerspanen. Die Ergebnisse sind bestätigt faszinierend.

Der Erfolg eines guten Werkzeuges hängt im Besonderen auch von der Konstruktion einer Maschine ab. «Wenn eine Maschine Schwachstellen hat, d.h. der Kraftfluss von der Schneide in das Maschinenbett nicht optimal gestaltet ist, so kann das Werkzeug noch so gut sein, es werden niemals solche Ergebnisse zu erzielen sein», begründet Roland Reuter von Reuter Synergien – Partner von Bumotec und verantwortlich für Vertrieb und Service in Deutschland – die sehr guten Resultate.

Das Achsenkonzept der Maschine erlaubt zudem eine simultane 5-Achsenbearbeitung sowohl an der Haupt- als auch an der Gegenspindel. Die Werkstückübernahme für die Rückseitenbearbeitung erfolgt durch die Gegenspindel in horizontaler Stellung. Die weitere Fräs- und Drehbearbeitungen in der Gegenoperation sind in horizontaler oder vertikaler Position flexibel und ohne Einschränkung möglich. Das ergibt einen Riesenvorteil für das Gewindewirbeln an der Haupt- und Gegenspindel und bedeutet, dass eine optimale Prozessgestaltung erreichbar ist.

Keine zusätzliche Umrüstzeit

Ausserdem ist die Bumotec mit einem sehr grossen Werkzeugmagazin ausgestattet, 30, 60 oder 90 Werkzeugplätze. Es können somit beliebig viele unterschiedliche Teiletypen (Teilefamilien) hergestellt werden. Und dies von der Kleinstlosgrösse bis zur wirklichen Stückzahlfertigung und wenn gut organisiert und vorgeplant wurde, dann ist das auch rund um die Uhr möglich.

Dies bedeutet natürlich auch die Magazinierung von Werkzeughalter mit unterschiedlichen Wirbelmessern, welche je nach Teil eingewechselt oder auch nur übers Programm im Steigungswinkel angepasst bzw. verändert werden können. Da beim Gewindewirbeln kein separat angetriebenes Werkzeug benötigt wird, entfällt auch das mühsame Umrüsten und jeweilige aufwändige In-Prozess-Bringen.

Ein zusätzlicher Vorteil zum Langdrehautomaten besteht weiterhin in der effektiven Zeitreduzierung. Jede Bearbeitungszeit, die eingespart wird, macht sich auch in der Gesamtbearbeitungszeit bemerkbar. Bearbeitungszeit, die beispielsweise durch Wirbeln mit einem Gewindewirbler mit zwölf Schneiden reduziert wird, ist dann auch direkt eingesparte Zeit. Beim Langdrehautomaten muss zudem immer noch die zweite Spindel mit einbezogen werden.

Auf das Teilespektrum gesamt hin betrachtet, zeigen sich noch weitere Vorteile zum produktiveren Gewindewirbeln. Ein Beispiel dafür ist die Torx-Fertigung. Die Bauteile können innen oder aussen, zylindrisch oder konisch – schnell, flexibel, prozesssicher und teilefamilienorientiert hergestellt werden und das wiederum von der Kleinstlosgrösse bis zur Serienfertigung.

Höhere Schneidenzahl führt zu höherer Effizienz

Und natürlich ist auch die höhere Schneidenzahl am Werkzeug für die guten Schnittdaten verantwortlich. Ohne den Vorschub pro Zahn einer Schneide zu verändern, erhöht sich die Effizienz des Werkzeuges merklich.

Zusätzlich ergeben sich durch die höhere Schneidenanzahl weniger Vibrationen, was wiederum zu einem geringeren Verschleiss führt. Die Lebensdauer der Schneidkanten erhöht sich dadurch deutlich. Das Werkzeug-Grundsubstrat besitzt zusätzlich eine hohe Verschleissfestigkeit, ist daher gegenüber den wiederholenden Stössen bei einer Fräsoperation widerstandsfähiger und damit auch beständiger gegen Abnutzung.

«Da summieren sich mehrere optimale Vorteile», fasst Matthias Filipp zusammen, «wir haben zwölf Schneiden, wir haben unser Know-how in den Geometrien, eine direkte Kühlung an den Schneiden, sehr hohe Drehzahlen, eine stabile Spannung am Teil und ein dafür optimales Maschinenkonzept. Das erzielte Ergebnis des Versuches hat sogar auch mich sehr stark überrascht.» <<

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