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Jul 06, 2023

Ihren Prozess fest im Griff haben

Werkzeuge und Werkstücke genießen in der zerspanenden Industrie große Aufmerksamkeit, und das zu Recht. Aber auch die Geräte, die sie halten, müssen sorgfältig bedacht werden, damit ein Bearbeitungsprozess erfolgreich sein kann. Wenn

Werkzeuge und Werkstücke genießen in der zerspanenden Industrie große Aufmerksamkeit, und das zu Recht. Aber auch die Geräte, die sie halten, müssen sorgfältig bedacht werden, damit ein Bearbeitungsprozess erfolgreich sein kann. Wenn diese Geräte der jeweiligen Schneidanwendung nicht gewachsen sind, werden die Ergebnisse verfehlen, was möglicherweise dazu führt, dass die Kunden unzufrieden sind und der Ruf der Geschäfte geschädigt wird.

Die neuesten Werkzeug- und Werkstückhalteprodukte sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich und bieten Funktionen, die für eine Vielzahl von Bearbeitungsherausforderungen ausgelegt sind. Einige der anspruchsvolleren Geräte bieten nicht nur einen festen Halt, sondern können auch wichtige Bearbeitungsdaten übertragen, die Werkstätten dabei helfen, ihre Prozesse zu überwachen und bis zum Abschluss zu verfolgen.

Andere Entwicklungen bei der Art und Weise, wie Halter gewechselt und hergestellt werden, könnten Geschäften dabei helfen, ihre Abläufe zu automatisieren.

Zu den jüngsten Entwicklungen im Bereich der Werkzeugtechnik gehören Modifikationen bekannter Produkte. Beispiele hierfür sind Änderungen an der Linie der FPC-Spannfutter von Emuge-Franken USA, West Boylston, Mass. Diese patentierten Spannzangenfutter gelten als präzise Werkzeughalter, die Unrundheit und Vibrationen minimieren. Nach Angaben des Unternehmens verfügen sie über einen Schneckengetriebe-Klemmmechanismus, der für eine hohe Klemmkraft und Konzentrizität sorgt.

Zu den neuesten Neuigkeiten von FPC gehört die Einführung einer Slim-Line-Option mit einem 4,5°-Kegelhals, der bei Fünf-Achsen-Bearbeitungsanwendungen etwas mehr Spielraum bieten soll. Emuge-Franken berichtet außerdem, dass den FPC-Haltern im HSK- und Capto-Stil kürzlich Ausgleichslöcher hinzugefügt wurden. Wie der Name schon sagt, ermöglichen diese Löcher das Justieren der Halter in einer Auswuchtmaschine. Das Auswuchten ist besonders hilfreich bei schnelleren Maschinen und dort, wo eine bessere Konzentrizität für hochpräzise Teileabmessungen erforderlich ist, bemerkte Dan Doiron, Fräsproduktmanager des Unternehmens.

Der Schlüssel zur maximalen Leistung eines Schneidwerkzeugs liegt in der Wahl des richtigen Werkzeughalters. „Werkzeughalter sind sozusagen das Fundament der Metallschneidebaugruppe, daher sollten sie stark und steif sein“, bemerkte Brent Godfrey, Produktspezialist für Maschinenintegration bei Sandvik Coromant US, Mebane, NC. „Wenn der Halter und die Werkzeugbaugruppe Wenn sie über eine gute Biegesteifigkeit verfügen, bleiben das Werkzeug und die Wendeschneidplatte weitgehend in der Mitte nach unten, wo sie schneiden, auch wenn sie hohen Schnittkräften ausgesetzt sind.“

Daraus ergibt sich der Reiz von Dual-Contact-Inhabern. Sie sind so konstruiert, dass sowohl der Kegel als auch der Flansch des Halters Kontakt mit der Maschinenspindel haben. Während der Bearbeitung erhöht der Doppelkontakt die Steifigkeit erheblich, was die Oberflächengüte und Maßgenauigkeit verbessern und auch die Werkzeugstandzeit verlängern kann. Obwohl Dual-Contact-Halter nichts Neues sind, sind laut Godfrey inzwischen mehr Werkzeugmaschinen darauf ausgelegt, sie zu akzeptieren.

Wenn leistungsstarke Werkzeughalter benötigt werden, greifen viele Betriebe auf hydraulische Spannfutter wie das CoroChuck 930 von Sandvik Coromant zurück, die über einen internen Kolben verfügen, der die Hydraulikflüssigkeit unter Druck setzt, sodass die Flüssigkeit gleichmäßig eine hohe Spannkraft auf den Werkzeugschaft ausübt. Hydraulik- und Schrumpffutter „sind die Spannfutter mit der höchsten Präzision und dem geringsten Rundlauffehler, die es heute gibt“, sagte Godfrey.

Er fügte hinzu, dass hydraulische Spannfutter bei den Kunden immer beliebter werden. „Vieles davon hängt von den Komponenten ab, die sie bearbeiten müssen“, bemerkte er. Diese Komponenten haben möglicherweise enge Toleranzen oder erfordern lange Werkzeuge, die zum Bohren oder Fräsen eines Merkmals in das Innere reichen können.

In der Vergangenheit war der Werkzeughalter der Wahl beim Fräsen ein Schaftfräseradapter mit Weldon-Fläche, der es ermöglichte, ein Werkzeug mit einer Seitenschraube fest an Ort und Stelle zu halten. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, dass die Seitenschraube das Werkzeug leicht außermittig drückt, was zu Vibrationen führt, die die Werkzeuglebensdauer verkürzen und auch die Unrundheit während der Bearbeitung erhöhen, bemerkte Ronald West, Senior Global Tooling Product Manager bei Kennametal Inc. mit Sitz in Pittsburgh.

Im Gegensatz dazu, so West, nutzt der HydroForce-Werkzeughalter von Kennametal Hydraulik, um eine gleichmäßige Spannkraft rund um den Werkzeugschaft bereitzustellen, wodurch die Unrundheit auf weniger als 3 µm begrenzt werden kann. Neben der dämpfenden Wirkung der Hydraulikflüssigkeit minimiert die konzentrische Spannkraft auch Vibrationen während der Bearbeitung, was laut West die Werkzeugstandzeit im Vergleich zu Werkzeugen, die in herkömmlichen Schaftfräseradaptern gehalten werden, um 30 Prozent verlängern kann.

West wies auch darauf hin, dass HydroForce-Halter bei 25.000 U/min auf G2,5 ausgewuchtet sind, sodass die Werkzeuggeschwindigkeiten viel schneller sein können als mit Weldon-Flachhaltern. Zusammen mit dem außermittigen Druck durch die Seitenschraube begrenzen die beweglichen Teile der Weldon-Flachhalter „Ihre Geschwindigkeit erheblich, es sei denn, Sie balancieren die Halter jedes Mal neu aus, wenn Sie ein neues Werkzeug einsetzen“, bemerkte er.

Obwohl HydroForce vor etwa sieben Jahren eingeführt wurde, dauerte die Akzeptanz für Fräsanwendungen einige Zeit. „Normalerweise war es nicht die richtige Lösung, mit einem hydraulischen Spannfutter zu fräsen“, sagte West, da die Spannkräfte relativ gering seien. HydroForce bietet jedoch bis zu dreimal mehr Spannkraft als andere hydraulische Spannfutter, dank eines „kräftigeren Designs“, das einen größeren Kolben und eine schwerere hydraulische Blase umfasst.

Darüber hinaus sagte West, dass HydroForce aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit immer beliebter werde. Anstelle eines Drehmomentschlüssels benötigen Anwender lediglich einen handelsüblichen Innensechskantschlüssel, um die Schraube des Geräts zu drehen. „Man dreht es einfach bis zum Anschlag und schon ist es verriegelt und fahrbereit“, sagte er.

Wie HydroForce gibt es auch Radiofrequenz-Identifikationssysteme schon seit einiger Zeit. Laut West setzen heute jedoch immer mehr Unternehmen in der Zerspanungsindustrie RFID ein, da Industrie 4.0 aufkommt und der Schwerpunkt auf Entwicklungen liegt, die Automatisierung, Interkonnektivität sowie die Erfassung und Nutzung von Echtzeitdaten erleichtern. „Jetzt werden die Werkzeuglebensdauer und all die Dinge, über die Sie sich Sorgen machen würden, wenn eine Person vor der Maschine stünde, mit RFID überprüft“, sagte er.

Bestehend aus einem winzigen Funktransponder, einem Funkempfänger und einem Sender ermöglichen RFID-Systeme die Kommunikation zwischen einer Maschinensteuerung und Geräten, die während eines Bearbeitungsprozesses Daten sammeln und andere Funktionen ausführen. Beispielsweise könnte ein Messtaster an einer Maschine, der kritische Teile- oder Werkzeugabmessungen prüft, die Daten über einen RFID-Chip an die Maschinensteuerung senden. Stellt der Controller nach der Auswertung der Daten fest, dass eine Aktion erforderlich ist, kann er über den RFID-Chip ein Signal senden, das diese Aktion an die entsprechende Komponente oder das entsprechende System auslöst. Um diese Art der Datenübertragung zu erleichtern, fügt Kennametal laut West nun Taschen für RFID-Chips in alle seine Halterungen für rotierende Werkzeuge ein.

Ebenso wie die Werkzeughaltung ist auch die Spanntechnik von einem breiten Interesse an Fähigkeiten betroffen, die mit Industrie 4.0 vereinbar sind. Ein Beispiel für diesen Trend ist das neue SmartChuck, das von Erowa Technology Inc., Arlington Heights, Illinois, vertrieben wird. Das SmartChuck bietet eine drahtlose Signalübertragung, die es ermöglicht, den Spannstatus und die Kräfte in der Cloud zu überwachen. Wenn die über das WLAN-Signal übertragenen Daten zeigen, dass die Spannkraft des Spannfutters für eine bestimmte Bearbeitungsanwendung nicht hoch genug ist, wird ein Signal mit einem Fehlercode an die Maschine gesendet, der auf einen Spannfehler hinweist. Dies verhindert, dass die Maschine den nächsten Zyklus startet, bemerkte Erowa-Regionalverkaufsleiter Fred Holzmacher.

Darüber hinaus ermöglicht das SmartChuck-System dem Anwender, präventiv einzugreifen, indem es die von einem einzelnen Spannfutter ausgeübten Spannkräfte über die Zeit speichert. „Wenn Ihr Spannfutter also im Laufe der Jahre zu versagen beginnt, kann dies anhand der aufgezeichneten Spanndrücke festgestellt werden, und Sie können mögliche Ausfälle verhindern“, sagte Holzmacher.

Eine weitere Variante des Themas Industrie 4.0 ist die sogenannte „mechatronische“ Werkstückhalterung von SMW Autoblok Corp., Wheeling, Illinois. Wie der Name schon sagt, umfassen mechatronische Werkstückhalterungsgeräte sowohl mechanische als auch elektronische Elemente. Der Schlüssel zum Betrieb dieser Produkte sind induktive Koppler, die eine drahtlose Übertragung sowohl der Werkstückhaltedaten als auch der Energie zur Betätigung des Werkstückhaltegeräts ermöglichen. Nach Angaben des Unternehmens können die Koppler je nach gewählter Größe und Ausführung bis zu 1.800 W übertragen.

Ein Beispiel für die mechatronische Spanntechnik von SMW Autoblok ist das CC e-motion, ein Vierbackenfutter mit vier mechatronischen Einbackenantrieben. „Die Backen können unabhängig voneinander eingestellt, paarweise bewegt oder in jeder anderen möglichen Kombination betätigt werden“, bemerkte Larry Robbins, Präsident der kommerziellen Abteilung des Unternehmens.

Darüber hinaus bieten mechatronische Geräte wie der CC e-motion Greifkraft- und Backenwegmessung und -überwachung, elektronische Werkstückerkennung sowie die Überwachung von Teiletemperatur und Drehmoment. „So ziemlich alles, was Sie mit sensorischer Überwachung tun können, können wir tun“, sagte Robbins und fügte hinzu, dass die Technologie auch die Erstellung statistischer Berichte auf der Grundlage der gesammelten Daten ermöglicht.

Ein Vorteil dieser Überwachung besteht darin, dass ein Prozess sofort gestoppt werden kann, wenn ein Parameter der Werkstückspannung darauf hinweist, dass ein Problem vorliegt. Wenn beispielsweise mit vier Backen Druck ausgeübt werden soll, die Druckwerte jedoch darauf hindeuten, dass eine der Backen nicht richtig funktioniert oder gebrochen ist, kann das System sofort abgeschaltet werden, sagte Robbins. Darüber hinaus wies er darauf hin, dass durch die Überwachung fehlerhafte Parameter im Prozess angepasst werden können, um die Herstellung von Schlechtteilen zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil der mechatronischen Überwachung besteht darin, dass sie die Automatisierung von Prozessen ermöglicht, die mehrere Werkstückhaltekomponenten umfassen, bemerkte Robbins. In solchen Prozessen, sagte er, „machen alle Ihre Werkstückspannungen Kontrollen, und Sie können Greifer, Schraubstöcke, Spannfutter oder jede (andere) Art von Werkstückhalterungswerkzeug integrieren.“

Um den Prozess des Werkstückwechsels zu automatisieren, hat das in Deutschland ansässige Unternehmen Hainbuch eine Reihe von Spannkopfschnittstellen eingeführt, die den Wechsel von Spannfuttern und Dornen mit einem Roboter erleichtern sollen. Laut Timothy Wachs, Präsident von Hainbuch America Corp. in Germantown, Wisconsin, ermöglichen die centroteX AC-Schnittstellen (automatischer Wechsel) von Hainbuch einen schnelleren und präziseren Wechsel der Werkstückspannung als der manuelle Wechsel.

Wachs wies darauf hin, dass der Schlüssel zur Erreichung dieses Ziels in der Neugestaltung der älteren Benutzeroberfläche des Unternehmens lag, um deren Einrastung zu vereinfachen. „Statt Bolzen am Rand zu haben, gibt es einen Bolzen auf der Seite, die man dreht“, sagte er.

Ausgestattet mit einem geeigneten Endeffektor, sagte Wachs, kann ein Roboterarm einen Werkstückwechsel in Sekundenschnelle mit hoher Wiederholgenauigkeit und ohne Verlust der Steifigkeit durchführen. Um noch mehr Zeit zu sparen, fügte er hinzu, kann der Roboter (bei dem es sich um den gleichen Roboter handeln kann, der zum Be- und Entladen von Teilen verwendet wird) ein Offline-Spannfutter austauschen, während Teile mit anderen Werkstückhalterungen bearbeitet werden.

In Europa stellt Hainbuch seinen Kunden ein Automatisierungspaket zur Verfügung, das sowohl einen Roboter als auch eine centroteX AC-Schnittstelle umfasst, so Wachs. In den USA wird der Roboter derzeit jedoch von Drittanbietern geliefert.

Neben zukunftsweisenden Änderungen bei den von ihnen hergestellten Geräten erwägen Werkzeug- und Spannvorrichtungshersteller auch eine wesentliche Änderung bei der Herstellung ihrer Produkte. Die Idee besteht darin, einige schwierig zu bearbeitende Bauteile mithilfe additiver Fertigungsverfahren herzustellen. Um beispielsweise eine Werkstückhalterung aus Metall mit einer anspruchsvollen Geometrie herzustellen, könnte ein Hersteller eine Basisversion davon in 3D drucken und sie dann fertig schleifen oder einen anderen sekundären Prozess verwenden, um das Endprodukt herzustellen, erklärte David Jones, Manager für Präzisionshalterungen bei Emuge -Franken USA. Wenn es um die Werkstückspannung geht, ist Jones der Meinung, dass die besten Kandidaten für den 3D-Druck hochpräzise Teile sind, die mit dem Werkstück in Kontakt kommen und Teile berührende Designs haben, die schwer maschinell bearbeitet werden können.

Nach seinem besten Wissen wird der 3D-Druck jedoch derzeit nicht für die Massenproduktion von Werkstückteilen eingesetzt. „Die Materialien, die wir jetzt drucken können, werden immer exotischer und die Genauigkeit wird immer besser“, sagte er. „Aber ich glaube, von der Produktion sind wir noch weit entfernt.“

Laut Jones sind die Kosten derzeit ein Hindernis, das der Produktion von 3D-gedruckten Spannkomponenten im Weg steht. Er fügte jedoch hinzu, dass der 3D-Druck von Spannkomponenten derzeit zwar möglicherweise nicht kosteneffektiv sei, sich die Situation jedoch im Laufe der Zeit ändern könne, wenn sich die Technologie weiterentwickelt und die Kosten sinken.

Jones glaubt auch, dass Werkstätten in nicht allzu ferner Zukunft in der Lage sein könnten, die benötigten Spannkomponenten zu drucken. „Vielleicht verkaufen wir Ihnen in ein paar Jahren die Spannvorrichtung und Sie haben einen hauseigenen Drucker“, sagte er. „Wenn Sie dann ein Teil benötigen, lizenzieren wir Ihnen das Design, damit Sie dieses Teil in Ihrer eigenen Einrichtung drucken können. Wie gut ist das?“

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