Prodex Award 2016

Multifunktionales Hochleistungsfräsen MFC

| Redakteur: Sergio Caré

Schlüsselelement CAD-CAM: Eine moderne Infrastuktur und das Wissen des Bedieners eribt eine hohe Wettbewerbsfähigkeit
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Schlüsselelement CAD-CAM: Eine moderne Infrastuktur und das Wissen des Bedieners eribt eine hohe Wettbewerbsfähigkeit (Bild: Fraisa SA)

Eine neue Generation von Fräswerkzeugen überwindet die fortschreitende Spezialisierung und erlaubt dank integrierter Entwicklung von Produkt und Applikationsinformation die variable Nutzung optimaler CAM-Strategien mit sehr wenigen Werkzeugen.

Die Variantenvielfalt an Werkzeugen, Maschinen und Bearbeitungsstrategien hat in den letzten Jahren stets zugenommen. Für jede Kombination aus Werkstoff, Bearbeitungsfall und Maschinenumfeld werden leistungsfähige Werkzeuge entwickelt, um die höchste Produktivität im spezifischen Einsatzfall abzurufen. Dabei haben sich nicht nur die Sortimente der Anbieter stetig verbreitert, sondern auch die Werkzeugspektren bei den Fertigungsbetrieben kontinuierlich vergrössert. Mit der Dichte an Werkzeug­lösungen haben sich auch die weiteren System­elemente spezialisiert. So ermöglichen moderne CAD-CAM-Systeme ein breites Spektrum an Bearbeitungsstrategien. Ein Bauteil kann problemlos in Teilsektionen gegliedert und mit unterschiedlichen Frässtrategien hochproduktiv hergestellt werden.

Optimale Kombi aus Strategie und Werkzeug

Der mitunter wichtigste Aspekt ist, dass sich pa­rallel mit den Technologien auch das benötigte Wissen um die Anwendung entwickelt hat. Werden die hoch spezialisierten Werkzeug- und Bearbeitungstechnologien nicht richtig angewendet, versagen diese schneller und die angedachten Vorteile können nicht umgesetzt werden. Die wahre Herausforderung für die Produktion besteht also darin, die optimale Kombination aus Frässtrategie und Werkzeug für den jeweiligen Einsatzfall möglichst schnell und sicher zu erreichen. Genau diese Komplexität zu meistern, ist für die Unternehmen eine Schlüsselaktivität, da es der wertschöpfende Teil der Unternehmung ist. Je schneller, einfacher und sicherer ein neuer Einsatzfall gelöst werden kann, desto wettbewerbsfähiger und ertragreicher etabliert sich die Fertigung. Genau hier setzt das multifunktionale Hochleistungsfräsen MFC an. Das Ziel der jüngsten Fraisa-Produktentwicklung war es daher, diese Komplexitäten ohne Leistungseinbussen wieder zu reduzieren. Nebst der technologischen Herausforderung zeigte sich klar, dass das Wissen um die Applikationstechnologie dem Anwender bereitgestellt werden muss. Nur mit zuverlässigen Werkzeugen und Schnittparametern kann sich der Kunde voll und ganz auf seine Aufgabe, die Programmierung im CAM-System, konzentrieren. Aus dieser Analyse ergaben sich demnach drei Schlüssel­elemente für die erfolgreiche Umsetzung des multi­funktionalen Fräsens: 1. die Werkzeugtechnologie, 2. das Applikationswissen und 3. die CAD-CAM-Systeme

Multifunktionale MB-NVDS-Werkzeuge

Multifunktionalität ist die Multiplikation eines Werkstoffspektrums von 12 Werkstoffgruppen mit 8 unterschiedlichen Einsatzstrategien. Daraus resultieren 96 Anwendungsgebiete pro Werkzeug. Damit diese Anforderungen erreicht werden können, hat Fraisa die bestehende und hoch universelle NB-NVD-Werkzeugtechnologie mit der innovativen Eintauchstirn und einem zentralen Luft-Kühlkanal weiterentwickelt. Diese Kombination ermöglicht ein ex­trem schnelles Eintauchen, bei welchem die Späne prozesssicher aus der Bearbeitungszone gespült werden. Bei grösseren Durchmessern und der mittellangen Ausführung werden Spanteiler angebracht, damit sich keine zu langen Späne bilden und sich diese im automatisierten Betrieb aus Bauteil und Maschine befördern lassen. In Kombination mit der leichtschneidenden NB-NVDS-Geometrie, einem zähharten Hartmetall, sowie der Hochleistungsschicht POLYCHROM kann ein riesiges Materialspektrum mit über 2000 Werkstoffen bearbeitet werden. Schon in der Entwicklungsphase wurden die acht verschiedenen Frässtrategien getestet. Ist beispielsweise beim HPC-Vollnutenfräsen der Umschlingungswinkel des Fräsers 180°, ist er beim hochdynamischen HDC-Fräsen nur gerade einmal 25°. Dadurch ergeben sich teils völlig unterschiedliche mechanische wie thermische Belastungen, für welche eine leistungsfähige Auslegung gesucht werden musste. Eine wichtige Zusatzfunktionalität, die es bereits bei der Produktentwicklung zu beachten gilt, ist die Möglichkeit der Werkzeugaufbereitung ohne Leistungseinbussen. Dies konnte beim MB-NVDS-Konzept umfassend erreicht werden. Dadurch wird ökonomischer und ökologischer Mehrwert erreicht.

Wissen um die Applikationstechnologie

Die schnelle Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit von Wissen um die Applikationstechnologie ist wichtig. Ohne die passenden Schnittdaten kann die Leistungsfähigkeit des Werkzeuges nicht abgerufen oder muss über viele Versuchspunkte ermittelt werden. Dieses Wissen wird in der Fraisa seit jeher in vielen Versuchen verifiziert und in Schnittdaten abgebildet. Um das multifunktionale Anwendungsgebiet der MB-NVDS-Werkzeuge zu beschreiben, werden über 30 000 Schnittparameter benötigt. Aufgrund dieser aussergewöhnlichen Datenmenge wurde eine eigene Schnittdatensoftware ToolExpert MFC entwickelt, welche nebst allen erforderlichen Parametern auch die Simulationsdaten für die CAM-Programmierung beinhaltet. Die Fraisa ToolSchool validierte diese Applikationsdaten zusammen mit den MB-NVDS-Werkzeugen, um dem Anwen­der einen zuverlässigen Startpunkt in seinen Einsatzfall zu ermöglichen. Damit die Software jeder­zeit verfügbar ist, kann diese direkt von der Fraisa-Homepage über alle Desktop-, Mobile- oder Tablet-Geräte genutzt werden.

CAD-CAM-Systeme als Wettbewerbsvorteil

Durch das CAM erfolgt nun die Zuweisung des Anwendungsfalles und der Frässtrategie zum zu bearbeitenden Bauteil. Moderne CAM-Systeme ermöglichen eine Vielzahl an Bearbeitungsstrategien. Zuletzt wurde in vielen CAM-Systemen das High Dynamic Cutting HDC (auch als trochoidales Fräsen bekannt) implementiert. Dieses Verfahren bietet vielfach erhebliche Wirtschaftlichkeitsvorteile und ist eine echte Ergänzung zu High Performance Cutting HPC und High Feed Cutting HFC. Der Wett­bewerbsvorteil liegt nun darin zu wissen, welche Bearbeitungs­strategie mit Blick auf Produktivität, Sicher­heit und Qualität optimal ist. Dabei ist das Wissen des Programmierers über die Möglichkeiten seiner Infrastruktur mitunter entscheidend. Mittels Future-based Machining (Bsp. für Siemens NX) können verifizierte Anwendungsmöglichkeiten automatisch erkannt und programmiert werden. Um die Abstimmung zwischen Infrastruktur und Nutzung von CAD-CAM weiter zu verbessern, integriert Fraisa dieses Schlüsselelement in ihre regelmässig stattfindenden Zerspanungsseminare. Durch den Austausch mit den Seminarteilnehmern zeigt sich, dass die Leistungsreserve in diesem Bereich noch sehr hoch ist.

Multifunktionalität für die Vereinfachung

Multifunktionale Werkzeuge, Applikationswissen und leistungsfähige CAD-CAM-Systeme sind heute verfüg- und nutzbar. So komplex das Thema in der Entwicklung war, so einfach ist es für den Anwender. Die Reduktion der Variantenvielfalt von Werkzeugen und die schnelle und sichere Verfügbarkeit von Anwendungs­wissen bringt eine extreme Vereinfachung durch den ganzen Fertigungsprozess. Die Vorteile liegen bei der vereinfachten Werkzeugbeschaffung, reduzierten Rüst- und Einrichtzeiten und nicht zuletzt vereinfachter Programmierung. Das multifunktionale Fräsen steigert die Fertigungskompetenz, Produktivität und Durchlaufgeschwindigkeit und senkt die laufenden Kosten sowie die Investitionen. SMM

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