Fraisa: Mit ToolExpert Schnittparameter situativ optimieren Produktiver fräsen mit Assistenzsystem

Assistenzsysteme verbinden hochentwickelte Hardware mit ausgeklügelter Software, um Tätigkeiten und Abläufe umfassend zu optimieren. Für das Schlichtfräsen hat Fraisa seinen Assistenten ToolExpert verwirklicht. Mit ihm kann der innovative Fräser ArcutX deutlich produktiver schlichtfräsen.

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Automobile schalten automatisch das Licht ein beim Einfahren in einen Tunnel, sie starten den Scheibenwischer bei einsetzendem Regen und schalten in den nächst­höheren Gang beim Cruisen auf der Auto­bahn. Dies leisten Assistenzsysteme. An deren Vorteile haben wir uns inzwischen gewöhnt. Sie tragen dazu bei, entspannt und ökonomisch ans Ziel zu kommen. Man kann dieses Prinzip auch in der spanenden Fertigung nutzen.

Hochproduktive Fräswerkzeuge

Fraisa hat vor kurzem den Schaftfräser ArcutX vorgestellt. Seine Schneiden sind als kegelige Kreissegmente ausgeführt. Er eignet sich vorteilhaft zum Schlichten exakter Oberflächen. Die sehr grossen Radien seiner Kreissegmente erzeugen aussergewöhnlich hohe Oberflächengüten.

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Dabei können die Fräser bei grossen axialen Zustellungen arbeiten. So arbeiten sie – verglichen mit üblichen Kugelkopffräsern – beim Schlichten deutlich produktiver. Bauteiloberflächen können zehnmal so schnell hergestellt werden im Vergleich zu konventionellen Kugelfräsern. Gleichzeitig kann die Oberflächenqualität verbessert und der Werkzeugverschleiss reduziert werden. Dies gelingt allerdings nur bei jeweils optimal angepassten Prozessparametern.

Werkzeuggeometrie basiert auf mathematischen Algorithmen

Fraisa entwickelte den Schaftfräser ArcutX in enger Zusammenarbeit mit dem CAM-Hersteller Open Mind. Dabei basieren speziell die Radien der Kreissegmente der Schneiden auf einem mathematischen Algorithmus des Softwareherstellers. So kennt die CAM-Software exakt die Radien. Damit kann sie die zum Fräsen komplexer räumlicher Konturen erforderlichen Werkzeugbahnen genau berechnen. Um zudem gleichbleibende Oberflächengüten zu generieren, muss das Werkzeug allerdings je nach Eingriffsbedingungen mit den passenden Schnittparametern arbeiten. Diese sind jeweils zu berechnen und vorzugeben. Die Abläufe sind vergleichbar mit den Funktionen eines elektronischen Spurhalte­assistenten (ESP) in Fahrzeugen. Bei schnellen Kurvenfahrten hält er durch eine gezielte Verteilung der Antriebslast das Auto stabil in der Kurve.

Assistenzsystem liefert situativ optimale Parameter

Um beim Fräsen die aktuell jeweils situativ passenden Schnittparameter zu kennen, hat Fraisa den Assistenten ToolExpert für den Schaftfräser ArcutX verwirklicht. Diese höchst innovative Kopplung von Hardware und Software bei Zerspanungswerkzeugen ist völlig neu für komplexe Fräsergeometrien.

Im Assistenzsystem (ToolExpert) wurden zahl­lose Schnittdaten für das Werkzeug basierend auf unterschiedlichsten Eingriffbedingungen abgelegt. Dazu wurden sie in praktischen Versuchen unter realen Einsatzbedingungen ermittelt. Aus dieser Vielzahl an Daten kann die CAM-Software die jeweils situativ passenden Schnittparameter entnehmen. Diese Optimierung erweist sich als besonders effizient. Mit ihr verkürzen sich Schlichtbearbeitungen mit dem Schaftfräser ArcutX um bis zu 90 Prozent. Diese disruptiven Sprünge bei der Produktivität werden allein durch die perfekte Abstimmung zwischen Hardware (Werkzeug), Schnittdaten und CAM (Software) ermöglicht. So ein Handshake zwischen Hard- und Software in der Zerspanungsindustrie ist ein völlig neuartiger Ansatz.

Das Assistenzsystem, in dem alle werkstoff- und applikationsspezifischen Prozessdaten gespeichert und mit Algorithmen verknüpft sind, gewährleistet höchste Zerspanraten bei exzellenten Oberflächengüten. Die gespeicherten Prozessparameter basieren auf realen Einsatzbedingungen. Aufwendige, individuelle Tests erübrigen sich. Ohne Assistenzsystem haben Fertigungsbetriebe nicht oder nur extrem zögerlich einfachere Tonnen- oder Kreissegmentfräser eingesetzt. Sie empfanden den Einfahrprozess als sehr kompliziert und waren verunsichert. Inzwischen schätzen sie die Vorteile des Schaftfräsers ArcutX in Verbindung mit dem Assistenzsystem ToolExpert als unverzüglich nutzbares Gesamtpaket zum Schlichtfräsen.

Das Assistenzsystem ToolExpert ist für künftige Optimierungen offen. Basierend auf den Spanquerschnitten und den Werkstoffkennwerten berechnet es anhand ausgereifter Algorithmen Zerpanungskräfte. Diese können durch interne Korrekturwerte den realen Verhältnissen angepasst werden. Derart lassen sich zukünftig Prozesse selbsttätig in situ regeln. Dazu sind lediglich im Sinne von Konzepten zu Industrie 4.0 die erforderlichen Kraft- und Leistungssignale der Bearbeitungsmaschinen in das Assistenzsystem zurückzuführen.

Produktionsstandort Schweiz sichern

Derartige Produktivitätssprünge eignen sich ideal, um langfristig Arbeitsplätze in Hochlohnländern wie der Schweiz zu sichern. Die Kosten können durch solche Systeme signifikant gesenkt werden. Dabei arbeiten Fertigungsbetriebe bei gleichbleibender oder sogar höherer Qualität. Sie profitieren von erheblich schnellerem und komfortablerem Programmieren. Die Fertigungsprozesse laufen reproduzierbar, stabil, automatisch und sehr viel schneller. Durch den Einsatz der Fräswerkzeuge ArcutX in Verbindung mit dem Assistenzsystem ToolExpert können ehemals über eine Stunde laufende Schlicht­prozesse auf weniger als acht Minuten verkürzt werden. Das verringert deutlich den Anteil an Personalkosten. Davon profitiert vor allem der Werkzeug- und Formenbau. - kmu - SMM

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