Hartfeinbearbeitung für Präzisionsbauteile

Anbieter zum Thema

Wenk AG

Angehrn AG - Umformtechnik

Ramseier

Fritz Studer AG

Komplexe Profile und Gewinde schleifbar

Die zahlreichen Möglichkeiten des Einsatzes von Programmier- und Steuerungs-modulen in einer Fertigungsanlage unterstreichen konsequent den Gedanken der Komplettbearbeitung auf Schleifmaschinen, da z. B. unrunde Profile oder Gewinde auf einem Maschinensystem präzise gefertigt werden können. Der zusätzliche Einsatz von Spezialmaschinen für diese Formelemente kann somit entfallen.

Zur Verfügung steht dazu das umfassende Programmiersystem «Studer-Grind», welches u.a. Technologieoptimierung im Sinne eines Technologierechners liefert. Diese Module unterstützen den Maschinenbediener prozessorientiert und minimieren somit die Arbeitsvorbereitung der Teilefertigung. Funktionen wie werkstattgerechte Kontureditoren, Schnittstellen für den Import von Konturdateien, Simulationen, Ablage von firmeneigenem Know-how u.v.m. können spezifisch eingesetzt werden. Die Integration der Bedienoberfläche externer Module anderer Systemlieferanten wie Sensorikpakete, Messsteuerungen, Handlingsysteme usw. wird im Gesamtsteuerungssystem sichergestellt.

Bedeutung der Mensch-Maschinen-Interfaces nimmt zu

Gerade zum Programmieren, Einrichten und zur Beherrschung des Feinbearbeitungsprozesses werden zukünftige Mensch-Maschinen-Interfaces wesentlich mehr Unterstützung leisten. In diesem Bereich wird mit erheblichem Aufwand in neuartige Systeme für einfachste Prozessführung investiert.

Die Komplettbearbeitung eines Werkstücks in einer Aufspannung kann selbstverständlich auch mit nur einem Schleifwerkzeug erfolgen. Neben diversen konventionellen Methoden kann die Technologie des Hochgeschwindigkeitsschleifens beispielsweise beim Schleifen von Hartmetallen und Keramiken mit wechselnden Formelementen am Werkstück Produktivitätsvorteile bringen.

Vor- und Nachteile der metallgebundenen Werkzeuge

Die hier zum Einsatz kommenden Diamantschleifscheiben besitzen meistens keramische oder metallbasierte Bindungen. Dem Vorteil der metallgebundenen Werkzeuge, nämlich der hohen Verschleissfestigkeit, steht jedoch der Nachteil des Abrichtprozesses gegenüber. Das Profilieren und Schärfen dieser Werkzeuge, besonders mit speziellen Konturzügen auf dem Schleifbelag, ist auf dem Schleifsystem nur sehr aufwendig oder sogar nur extern auf weiteren Schärfmaschinen möglich.

Aufgrund dieser Ausgangslage wurde ein Forschungsvorhaben mit weiteren Projektpartnern initiiert, in dem ein neues Verfahren zum Profilieren und Schärfen dieser Werkzeuge durch Funkenerosion (WEDD) entwickelt wird. Erste Untersuchungen und Verfahrenstests ergaben ein positives Potential bezogen auf die Profilierbarkeit und Erzeugung eines ausreichenden Kornüberstands für die nachfolgende Schleifbearbeitung. Die weiteren Untersuchungen werden in Hinblick auf die notwendigen Voraussetzungen für einen industriellen Einsatz auf Schleifmaschinen fortgeführt.

Kombination von Hartfeinbearbeitungsverfahren

Eine weitere Strategie zur Produktivitätssteigerung stellt die Kombination von Hartfein-Bearbeitungsverfahren dar. Bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit bei engen Toleranzfeldern mit garantierter Prozessfähigkeit und anspruchsvollen Oberflächengüten steht der Schleifprozess im Vordergrund und andererseits kann u.a. das Hartdrehen seine Vorteile durch die hohe Flexibilität der geometrisch bestimmten Schneide in den Gesamtprozess einbringen. So können fallabhängig die effizientesten Bearbeitungstechnologien gewählt werden.

In der Serienfertigung absoluter Standard

Oft wird das Hartdrehen bzw. die Kombinationsbearbeitung mit dem Begriff der Grossserienfertigung in Verbindung gebracht. Diese Tatsache wurde sicher mit den ersten industriellen Anwendungen dieser Technologie im Bereich des Automobilbaus begründet.

Hier haben sich das Hartdrehen und die Kombinationsbearbeitung z.B. in der Fertigung von Getrieberädern von Fahrzeugschaltgetrieben etabliert. Die Umsetzung dieser Bearbeitungsphilosophie hat in jüngerer Zeit vermehrt Einzug gehalten, wobei auch Fertigungssysteme zur Bearbeitung von Werkstücken (Getrieberäder) im Futter mit den Bearbeitungsprozessen Schleifen und Hartdrehen auf einem Vertikal-Maschinen-Konzept bereits in mehreren Firmen im Einsatz sind.

Weitere Varianten von Kombinationsmaschinen

Für den universellen Einsatz oder für die Serienfertigung von Präzisionsbauteilen, welche zwischen den Spitzen oder auch nur in einem Spannfutter bearbeitet werden müssen, stehen weitere Varianten von Kombinationsmaschinen zur Auswahl.

Diese Maschinensysteme in Schrägbettbauweise besitzen je nach Applikation und Bearbeitungsaufgabe zwei oder drei Maschinenschlitten, wobei diese jeweils mit Schleif- oder Drehwerkzeugen für die Innen- oder Aussenbearbeitung ausgerüstet sind. Optimale Prozessstrategien zur Bearbeitung von Präzisionsbauteilen stehen dem potentiellen Anwender nun zur Auswahl, wobei der Aspekt der Reduktion des Umrüstaufwandes auch bei kleinen Losgrössen nicht zu vernachlässigen ist.

Reduktionen von Liege- und Durchlaufzeiten, mehr Qualität

Nicht nur die Bearbeitungszeit steht im Vordergrund, sondern der gesamte Fertigungsprozess im Sinne einer möglichen Prozesskettenverkürzung bringt ebenso deutlichen wirtschaftlichen Gewinn. Reduktionen von Liegezeiten, kürzeren Durchlaufzeiten, Qualitätsgewinn durch Komplettbearbeitung sind hier die Schlagwörter.

Werkzeughalter können beispielsweise zwischen angetriebenen Spitzen bearbeitet werden. Somit ist es möglich, die gesamte Kontur beidseitig inklusive Greifernut zu drehen und die genauen Konen und Plananlagen mit hoher Prozesssicherheit unter Einsatz von Mess-Steuerungen zu schleifen.

Exzellente Ergebnisse

Ebenso konnten bei weiteren Typen von Haltern mit HSK-Schnittstellen, besonders die Innenbearbeitung der werkzeugspezifischen Aufnahmebohrung, optimiert werden. Die prozessspezifischen Schritte Vordrehen und Fertigschleifen der Bohrung (hier Ø 6 mm, 28 mm tief) führten zu exzellenten Parametern bezogen auf die Bohrungsqualität wie Rundheiten 0,3 µm, Geradheiten 0,2 µm, Zylinderform 0,6 µm und Massabweichungen von nur 1,5 µm.

Minimalmengenschmierung oder Trockenbearbeitung

Ebenso kann mit der Bearbeitungsphilosophie der Kombinationsbearbeitung die Thematik der Minimalmengenschmierung oder Trockenbearbeitung gezielter aufgenommen werden.

Im Unterschied zu früheren Ansätzen von Untersuchungen zum Thema Trockenbearbeitung steht mit der Kombinationsmaschine ein System zur Verfügung, welches die Reduktion des Bearbeitungsaufmasses durch das Hartdrehen realisiert und das Restschleifaufmass wird durch das Schleifen abgetragen.

Somit werden beim Schleifen nur geringe Spanvolumina abgetragen und der Wärmeeintrag aus dem Schleifprozess wird minimiert. Für den Anwender ergeben sich ebenso Einsparungskosten bezogen auf Investitionen, entfallende Aufwendungen für die Pflege und Wartung von Kühlmittelanlagen sowie reduzierte Energiekosten für den Betrieb der Werkzeugmaschine.

Autor

Dr.-Ing. Frank Fiebelkorn

Leiter Produktentwicklung, Forschung und Technologie, Studer AG

Information

Fritz Studer AG

Thunstrasse 15, 3602 Thun-Steffisburg

Tel. 033 439 11 11

info@studer.com, www.studer.com

10382631038264