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Fräsprozess optimiert

Die dünnste Bodendicke der Strukturbauteile am Ende des Fertigungsprozesses beträgt 0,8 mm. Die Stegstärken bewegen sich meist zwischen 1-5 mm.

Kritisch bei diesen Fräsoperationen -sind unter anderem Schwingungen infolge von Werkstück-Labilitäten. Um den Prozess möglichst schwingungsarm zu fahren, wurden mit dem Spindelhersteller Fischer AG (Herzogenbuchsee) Eigenfrequenzmessungen gemacht. Josef Blättler, Head of Machinery and Tool Procurement, von Pilatus: «Wir haben Drehzahlen und Zähnezahlen optimiert. Das ist vor allem wichtig in den Ecken, aber auch beim Schlichten von dünnen Wänden. Hier ist unbedingt auf das Bearbeitungsaufmass und auf die richtigen Schnittaufteilungen zu achten.» Soviel zu den Besonderheiten bei den Fräsprozessen generell, hier in diesem Bericht wird im Folgenden der Schruppprozess im Fokus stehen.

Spezifische Maschinendynamik

Die Holme werden auf einer zweispindli-gen, 5-achsigen Cincinnati-Maschine parallel in doppelter Ausspannung gefertigt. Die Dimensionen der Cincinnati-Maschine sind folgende:

Spindel 1: 14900 mm, 4000 mm, 600 mm (X/Y/Z)

Spindel 2: 14900 mm, 1800 mm, 600 mm (X/Y/Z)

Die Schwenkbereiche sind wie folgt ausgelegt:

C-Achse +/-185°

B-Achse +/-110°

Um die Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit der Maschine zu erhöhen, wurde sie vor kurzem einem umfassenden Retrofit unterzogen, wobei das steif ausgelegte Maschinenbett als Basis für den kompletten Neuaufbau diente. Führungen, Antriebe als auch die beiden HSC-Fischer-Spindeln sind neu in die Maschine integriert worden. Brachten die alten Spindeln lediglich 3600 1/min, können jetzt 18000 Touren bei 100 kW gefahren werden - in zweifacher Ausführung - versteht sich.

Sowohl konventionell als auch HSC

Die Konstellation dieser Maschine ist ein wenig speziell, wie Josef Blättler betont: «Wir bewegen uns aufgrund der immer noch hohen Masse der Maschine sowohl im konventionellen als auch im HSC-Bereich. So versuchen wir mit unterschiedlichen Strategien beim Schruppen und Schlichten eine gute Performance zu erreichen.» Thomas Schnider, NC-Programmierer bei Pilatus, ergänzt: «Bei langen Wegstrecken kommen wir auf eine Vorschubgeschwindigkeit von 10 m/min, das ist für diese Maschinenmasse ein sehr ordentlicher Wert.»

Markus Käslin, Meister 5-Achsen-Fräscenter (Pilatus): «Die besondere Maschinendynamik ist im Prinzip der Grund, warum wir Werkzeuge gesucht haben, mit denen wir diese spezielle Maschinendynamik optimal ausnutzen können, um relativ hohe Zeitspanvolumen zu produzieren.»

Sehr hohe Zustelltiefe und optimale Spanbildung

«Unser Lösungsansatz ist, dass wir eine möglichst hohe Zustelltiefe des Fräsers realisieren. Beim Schruppen setzen wir auf einen Wendeschneidplatten-Fräser von Iscar. Er bringt für diese Zerspanstrategie einige signifikante Vorteile. Mit dem Iscar-Fräser Heliplus HP F90AT D50-3-22-22 (50 mm Durchmesser, 3 Schneiden mit 22er WSP-Grösse) konnten wir bis 18 mm Tiefe zustellen. Bei 6,5 Meter Vorschub, 16000 U/min ergeben sich 0,14 mm pro Zahn», sagt Schnider. Zirka 6 Liter pro Minute und Spindel werden so zerspant.

Selbstverständlich sind die Platten hochpositiv konzipiert, unbeschichtet und poliert. Dadurch werden die Zerspankräfte relativ klein gehalten. Anton Zürcher, Gebietsverantwortlicher bei Iscar Hartmetall AG (Schweiz) und zuständig für Pilatus, sagt gegenüber dem SMM: «Ein weiterer Vorteil des Fräsers ist, dass er hervorragend über eine Rampe in das Volle eingefahren werden kann. Dass das so realisiert werden kann, liegt unter anderem an der stabilen Auslegung des Fräsers und an der speziellen Schneidengeometrie der WSP. Stabilität bringen die beiden Schrauben pro Platte als auch die hochgenauen Plattensitze. Schliesslich hat er einen sehr weichen Schnitt, das schont die Spindel.»

«Ein ebenso wichtiger Aspekt ist jedoch die Spanbildung, die hier optimal anfällt. Ein Verhaken der Späne findet kaum statt, sodass die Späne den Bearbeitungsprozess nicht beeinträchtigen und sehr gut automatisch ausgetragen werden können», bemerkt Josef Blättler.

Standzeit wird vorgegeben

Markus Käslin: «Üblicherweise hält eine Platte 600 Minuten, teilweise bis zu 800 Minuten. Wir müssen eine Einsatzzeit ansetzen, wo wir uns im prozesssicheren Bereich befinden. In der Regel fahren wir die Platten bis zu diesem Zeitpunkt und tauschen sie sicherheitshalber aus, um einen Ausbruch der Schneiden 100%ig zu vermeiden. Nur wenn die Platten nach den 600 Minuten einen perfekten Eindruck machen, lassen wir sie weiterlaufen.»

Josef Blättler: «Aber generell gilt: Ein Plattenbruch kostet nachher viel mehr, als wenn man die Platte mit etwas Reserve wechselt.»

Ein wichtiges Kriterium ist deshalb eine hohe Kontinuität in der Standzeit. Unerwartete Plattenbrüche nach kurzer Einsatzdauer reduzieren die Prozesssicherheit. Solche Ereignisse sind teuer, da meist auch an den Grundkörpern der Werkzeuge sowie an den Bauteilen Schäden entstehen.

Spezifisch ausgelegtes Substrat

Um die hohe Prozesssicherheit zu garantieren, muss ein hochwertiges Substrat eingesetzt werden. Reuven Shapir (Milling Product Manager & Aerospace Industry Iscar Israel, siehe auch Interview) sagt in diesem Zusammenhang gegenüber dem SMM: «Das Substrat 'IC28' von Iscar ist speziell für die hochvolumige HSC-Bearbeitung von Aluminium ausgelegt. Diese Hartmetallsorte ist aussergewöhnlich zäh. Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften ist die HM-Sorte darüber hinaus auch für die Bearbeitung von Titan und anderen hochlegierten Materialien - bei denen für die Bearbeitung eine aussergewöhnlich harte und zähe Hartmetallsorte vorausgesetzt wird - ideal.»

Ausgezeichnetes Verschleissverhalten

Generell kommt das ausgezeichnete Verschleissverhalten der WSP sehr gut zur Geltung: «Die Wendeschneidplatten verschleissen sehr kontinuierlich, es ist ein normaler Kolkverschleiss», so Markus Käslin und betont: «wir haben bisher noch keinen vorzeitigen Bruch gehabt. Das hört sich trivial an, ist aber ein ganz wichtiger Faktor.»

Qualität ist entscheidend

Josef Blättler stellt zum Abschluss klar: «Die Betrachtung der Prozesskosten steht im Vordergrund. In diesem Fall ist es zum einen die Standzeit des Werkzeuges, als auch die Prozesssicherheit. Wenn die Wendeschneidplatte eine ganz bestimmte Zeit sicher hält aber mehr kostet, ist uns das recht. Im Endeffekt ist ein sicherer Prozess wirtschaftlicher. Hier bringt Qualität wirtschaftlichen Nutzen.»

AutorMatthias Böhm, Chefredaktor SMM

InformationWerkzeugherstellerIscar Hartmetall AGWespenstrasse 148500 FrauenfeldTel. 052 728 08 50www.iscar.ch office@iscar.ch

AnwenderPilatus Flugzeugwerke AGPostfach 9926371 StansTel. 041 619 61 11www.pilatus-aircraft.comWeiteres im Beitrag erwähntes UnternehmenFischer AG PräzisionsspindelnBirkenweg 2 3363 Oberönz Tel. 062 956 22 22www.fischerag.com