Swissmem Zerspanungsseminar 2022: Utilis AG Langdrehen: Aus der Nische zur globalen Massenfertigung

Von Matthias Böhm

Der Ursprung des Langdrehens ist eng mit der Herstellung von Uhren, dem Paradebeispiel der Schweizer Exportindustrie, verknüpft. Somit bedient die «Swiss-type turning»-Technologie seit jeher die wichtigsten Aspekte einer wirtschaftlichen und effizienten Produktion.

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Typische Langdrehteile, links Knochenschrauben mit Schneckengewinde, rechts medizinische Implantate.
Typische Langdrehteile, links Knochenschrauben mit Schneckengewinde, rechts medizinische Implantate.
(Bild: Utilis)

Wenn Randtechnologien wie das Langdrehen durch ihre einzigartigen Vorteile aus­serhalb des Scheinwerferlichtes zunehmend an Wichtigkeit und Akzeptanz gewinnen, so könnte man dies zurecht als eine Erfolgsgeschichte bezeichnen. Vermutlich hat sich in den letzten Jahrzehnten keine andere Technologie wie das Langdrehen so unscheinbar und stoisch in der Massenfertigung rund um den Globus etabliert.

Funktionsprinzip einer Langdreh- maschine

Das auffälligste Merkmal beim Langdrehen, im Vergleich zur klassischen Dreh­bearbeitung, ist die Z-Zustellung im Be­arbeitungsprozess. Anders als bei herkömmlichen Kurzdrehern wird die Z-Zustellung nicht mit einer Achse-, sondern mit der Führungsbüchse, einem «beweglichen Spindelstock», ausgeführt. Das Schneidwerkzeug ist möglichst nahe an der Führungshülse vorpositioniert und vollzieht in der Regel nur noch die X-Zustellung. Das Stangenmaterial wird somit im geführten Zustand in das Werkzeug hineingestossen.

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Anforderungen an die Bearbeitungsstrategie

Aufgrund der Führungsbüchse, welche jeweils vorgängig auf das zu bearbeitende Rohmaterial angepasst werden muss, unterscheidet man auf dem Langdrehautomaten in der Regel nicht zwischen einem Schrupp- und einem Schlichtspan. Da nach der ersten Zustellung die Führungsfunktion der Hülse nicht mehr gegeben ist, wird die Aussenkontur des Drehteils in einer Zustellung auf das Endmass gefertigt. Wenn die Führung der Stange nicht mehr gewährleistet ist, sind in der Regel sichtbare Vibrationen am Drehteil sowie auf längere Sicht erhöhter Verschleiss an der Werkzeugschneide die logische Konsequenz.

Spezifische Anforderungen an die Schneidwerkzeuge

Die Hauptbearbeitungsbereiche lassen sich grob mit dem Längs- und Stechdrehen, dem Kopierdrehen, dem Abstechen und ferner dem Gewindedrehen bzw. diversen Bohr- sowie Fräsanwendungen zusammenfassen.

Schneidwerkzeuge bzw. Wendeschneid­platten, welche spezifisch für die Bearbeitung auf Langdrehautomaten ausgelegt sind, beispielsweise für das Überdrehen einer einfachen Kontur mit Einstichen, müssen sowohl radial wie auch axial performant agieren, bei gleichbleibend hoher Stabilität sowie der benötigten Masshaltigkeit am Drehteil.

Positive Schneidgeometrien – scharfe Schneidkante

Dieser Umstand wie auch die vorwiegend kleinen Bauteile stellen besondere Anforderungen an die Schneidwerkzeuge. So werden fast ausschliesslich positive Wendeschneidplatten eingesetzt. Diese müssen eine scharfe Schneidkante aufweisen, damit möglichst wenig axialer Druck auf das Werkstück ausgeübt wird.

Das System erfordert zusätzlich eine gewisse Flexibilität. Die Anzahl der verfügbaren Werkzeugplätze ist aufgrund der kleinen Bauweise der Maschine begrenzt. Dies stellt gewisse Anforderungen an das Design der Werkzeuge. Das vom Kurzdrehen vertraute System der ISO-Wendeschneidplatten findet auch beim Langdrehen Anwendung.

Viele Werkzeuge mit zu grossen Radien

Dieses bringt Vorteile einer immensen Auswahl in einem guten Preisgefüge mit sich. Allerdings ist der grösste Teil davon nicht auf die Kleinteilbearbeitung ausgerichtet. Dies zeigt sich z. B. in den zu gros­sen Radien sowie den relativ grossen Toleranzen bei den Schneidenhöhen.

Aufgrund der Komplexität verfolgen spezialisierte Werkzeughersteller ein eigenes Design und bieten unter anderem, neben einem umfangreichen Standardportfolio, bei spezifischen Anwendungen Sonderlösungen an, welche die oben genannten wichtigen Aspekte gezielt verfolgen und konsequent umsetzen.

Teilespektrum: Durchmesser bis maximal 32 mm

Auf Langdrehautomaten werden hauptsächlich Drehteile mit einem Durchmesser bis etwa 32 Millimeter bearbeitet. Die Technik wird vorwiegend im Bereich der Kleinteilbearbeitung eingesetzt. Kleinstbearbeitungen im Zehntelbereich (ø) und Bauteillängen >5 x ø gehören zur Kernkompetenz dieses Verfahrens.

Langdrehautomaten werden daher vor allem in Branchen wie der Uhrenindustrie, der Medizintechnik und der allgemeinen Mikrozerspanung eingesetzt. Die Knochenschraube lässt sich gut als typisches Referenzdrehteil hernehmen. Aufgrund dieser Ausrichtung müssen dazu nicht selten Materialien mit schwieriger Zerspanungscharakteristik wie z. B. rostfreie Stähle, Titan und bleifreies Messing bearbeitet werden.

Mannlose Fertigung ist Grundvoraussetzung

Aufgrund der stabilen und ausgeklügelten Auslegung des Fertigungsprozesses erreichen Langdreher gerade bei Kleinteilen eine bisher unerreichte Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Die mannlose Fertigung ist dabei eine Grundvoraussetzung eines solchen Systems. Gerade deshalb müssen Maschine und Werkzeuge mit der optimalen Bearbeitungsstrategie korrelieren und aufeinander angepasst werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die Werkzeuglieferanten. Oft werden die genannten Vorteile beim Einkauf von Werkzeugen kaum berücksichtigt, da statt der Gesamtkosten fälschlicherweise nur die Werkzeugkosten betrachtet werden. Dies, obwohl die Werkzeugkosten verglichen mit den Maschinen- und Personalkosten in vielen Fällen verschwindend klein sind. Gerade beim Langdrehen werden üblicherweise grosse Serien und vorwiegend mannlos produziert, weshalb die Produktivität und die Prozesssicherheit in Kombination mit den Standzeiten, hinsichtlich der Anzahl Werkzeugwechsel, besonders wichtige Kriterien sind.

Quo vadis Langdrehen?

Das Interesse an der Langdrehtechnik nimmt global stetig zu. Zwischenzeitlich werden die Vorteile der Langdreher in vielen weiteren Industrien genutzt, dazu gehören beispielsweise die Automobil-, die Connector- und Pneumatikindustrie, aber auch die Luft- und Raumfahrt.

Dieser Umstand beflügelt gleichzeitig bestehende Unternehmen, welche sich auf die Ausrüstung solcher Maschinen spezialisiert haben, angepasste Werkzeuge zu entwickeln. Mit der steigenden Leistungsgrenze aufgrund von neuen, schwer zerspanbaren Materialien oder hochkomplexen Bearbeitungsanwendungen steigen jedoch auch die Anforderungen an solche Systeme. Mit Innovationskraft muss auf dieses Echo geantwortet werden, was beide, Zulieferer von Werkzeugmaschinen wie auch Ausrüster, vor interessante Herausforderungen stellt. SMM

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