Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 06/2016, 10.06.2016

Gefräste Handschmeichler

Dass sich spiegelnde Oberflächen alleine durch die Fräsbearbeitung realisieren lassen, ist nicht nur der Genauigkeit von Maschine und Werkzeug geschuldet. Einen wichtigen Part bei dieser sehr speziellen Art der Präzisionsbearbeitung nehmen die Spannmittel ein. Versuche bei Schunk haben gezeigt, dass Polygonspannfutter optimale Ergebnisse bringen.

(pi) Die Qualitäten, die heute beim Feinschlichten zu erzielen sind, faszinieren selbst erfahrene Anwender. Vielfach sind sie den Ergebnissen beim Erodieren, Schleifen, Polieren oder der Laserbearbeitung ebenbürtig, jedoch weitaus schneller und damit günstiger zu erreichen.

Versuchsreihen mit einem aerostatisch flächig geführten Ultrapräzisionsbearbeitungszentrum an der ETH Zürich belegen, dass beim Fräsen mittels Abzeilen prozessstabil eine Oberflächengüte Ra < 25 nm und beim Planfräsen Ra < 3 nm erzeugt werden kann. Bereits heute lassen sich im Werkzeugbau mittels Feinschlichten regelrechte Handschmeichler mit extrem planen und glatten Oberflächen erzielen. Noch auffälliger ist der Effekt bei Nichteisenmetallen: Hier können mithilfe von Diamantwerkzeugen allein übers Fräsen spiegelnde, geometrisch präzise Flächen erzielt werden, die beispielsweise für die Optik von Lasermaschinen geeignet sind.

Mehrere Effekte gehen damit einher: Zum einen wird das zeitaufwändige Finishing deutlich verkürzt, zum anderen sinkt das Risiko, dass beim Schleifen und Polieren an der Oberfläche Balligkeiten herausgearbeitet oder Ecken verrundet werden.

Herkömmliche Werkzeughaltersysteme wie Spannzangenfutter oder Warmschrumpffutter sind bei derart anspruchsvollen Bearbeitungen meist überfordert. Am TEC-Center des Spanntechnik- und Greifsystemespezialisten Schunk im deutschen Lauffen am Neckar hat man das Verhalten von Spannsystemen systematisch untersucht. Beim Vollnutenfräsen und Manteln von hochfestem Aluminium mit zweischneidigen VHM-Werkzeugen von 6 und 3 mm Durchmesser und in HSK-E 25 gespannt, sind bereits mit blossem Auge erhebliche Unterschiede an der Werkstück­oberfläche zu erkennen.

«Während bei der Zerspanung mit Warmschrumpfaufnahmen Rattermarken auftreten, erzeugen Polygonspannfutter ein optisch sehr viel gleichmässigeres Bild», erläutert Heinold Kostner die Ergebnisse. Der Leiter Produkt- und Portfoliomanagement Spanntechnik bei Schunk in Lauffen beobachtete noch weitere interessante Details: «Betrachtet man anschliessend die Werkzeugschneiden, zeigen die in Warmschrumpfaufnahmen eingesetzten Werkzeuge zum Teil Eckenausbrüche, vor allem aber starke Aufschweissungen auf den Freiflächen. Dieser Effekt tritt bei den in Polygonspannfuttern gespannten Werkzeugen so gut wie nicht auf.»

Auch das Spanbild unterscheidet sich deutlich: Während beim Einsatz von Polygonspannfuttern kompakte, gerollte Späne entstehen, die sich leicht abtransportieren lassen, bilden sich beim Einsatz der Warmschrumpfaufnahmen zerrissene Späne, deren Lamellen im Fräsprozess zum Teil mehrfach eingezogen und geschnitten werden.

Hauptursache für dieses abweichende Verhalten ist laut Heinold Kostner die unterschiedliche Charakteristik der eingesetzten Werkzeughaltersysteme: «Warmschrumpfaufnahmen spannen die Werkzeuge starr und vollzylindrisch, wodurch eine Art Monoblock entsteht, der selbst minimale Bewegungen unterbindet. Hingegen erfolgt die Werkzeugspannung bei Polygonspannfuttern axial entlang des Werkzeugschafts auf drei Spannflächen. Diese Spannflächen sorgen zusammen mit dem fachwerkartigen Aufbau des Werkzeughalters für eine definierte Nachgiebigkeit des Werkzeugs.» Diese Nachgiebigkeit schafft die Voraussetzung, dass die bei der Bearbeitung auftretenden Schwingungen gedämpft werden, wodurch ein gleichmässiger Eingriff der Schneide gewährleistet ist.

Auch wenn beim Feinschlichten mit Kugelfräsern geringere Kräfte wirken als in dem geschilderten Versuchsaufbau, lässt sich unter dem Mikroskop nachweisen, dass die mithilfe von Polygonspannfuttern erzeugten Oberflächen bei gleicher Rautiefe optisch deutlich gleichmässiger erscheinen als die mithilfe von Warmschrumpfaufnahmen bearbeiteten.

«Diesen Effekt nutzen beispielsweise Anwender in der Uhrenindustrie, im Formenbau oder in der Medizintechnik, bei denen die Qualität von Oberflächen oder Freiformflächen kaum noch messbar ist, sondern primär von erfahrenen Mitarbeitern optisch oder haptisch beurteilt wird», weiss Spanntechnikprofi Kostner.

Nicht zuletzt aufgrund der hohen Nachfrage aus diesen Branchen hat Schunk sein Standardprogramm um ultrafeingewuchtete «Tribos»-Polygonspannfutter erweitert. Mittlerweile gibt es die Baureihen «Tribos-Mini» und «Tribos-RM» mit den Schnittstellen HSK-E 25, HSK-E 32 und HSK-F 32 ab Spanndurchmesser 0,5 mm auch mit einer Wuchtgüte G 0.3 bei 60 000 min-1. «Die Ultrapräzisionsaufnahmen bieten hervorragende Voraussetzungen», bestätigt Heinold Kostner, «um anspruchsvollste Vorgaben hinsichtlich Masshaltigkeit und Oberflächengüte zu realisieren. Im Vergleich zu konventionell gewuchteten Werkzeughaltern für die Mikrozerspanung profitiert zusätzlich die Standzeit der Werkzeuge.»

Da die Tribos-Präzisionswerkzeughalter ohne bewegliche Teile auskommen, sind sie mechanisch unempfindlich und versprechen laut Heinold Kostner eine nahezu wartungs- und verschleissfreie Spannung: «Auch nach mehreren Tausend Spannvorgängen tritt keinerlei Materialermüdung auf. Zudem verfügen sie über eine exzellente Schwingungsdämpfung.»

Je nach Typ sind die Aufnahmen, die für alle Werkzeugschäfte in h6-Qualität geeignet sind, mit bis zu 205 000 min-1 getestet. Sogar Werkzeuge mit kleinsten Schaftdurchmessern ab 1 mm lassen sich prozessstabil spannen und wechseln. Und selbst für komplexere Fräsaufgaben gibt es, so Heinold Kostner, Lösungen: «Für die hochpräzise 5-Achs-Bearbeitung können leistungsdichte Tendo E compact-Hydrodehnspannfutter und Tribos-Verlängerungen zu äusserst effektiven Spanneinheiten kombiniert werden.»


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EPHJ/EPMT/SMT Halle und Stand C 111



Komplexes 5-Achsfräsen von Medizinalteilen für feinste Oberflächen: Hydrodehnspannfutter in Kombination mit Polygonspannfutter- verlängerung. (Bilder: Schunk)



Sehr stabil: Die Freiflächen der mit Polygonfutter gespannten Werkzeuge (links) zeigen im Gegensatz zu den mit Warmschrumpffutter gespannten (rechts) kaum Aufschweissungen.

Fact Sheet

EPHJ/EPMT/SMT


Die beschriebenen Polygonfutter von Schunk werden auf der Dreifach-Messe für Hochpräzisionstechnik in Genf zu sehen sein (14. bis 17. Juni). Die EPHJ (Uhren- und Schmuckindustrie), EPMT (Mikrotechnologie) und die SMT (Bereich Medizinaltechnik) findet in diesem Jahr zum 15. Mal statt. Welchen wichtigen Stellenwert die Messen mittlerweile einnehmen, zeigt sich auch daran, dass sie jährliche Steigerungsraten bei Ausstellern und Besuchern verbuchen können; so auch in diesem Jahr. 2015 zeigten 867 Aussteller ihre Neuheiten und die Zahl der Fachbesucher aus rund sechzig Ländern überschritt erstmals die Schwelle von 20 000.

  • Wo: Palexpo, Genf
  • Wann: 14. bis 17. Juni, 9:15 bis 18:00 Uhr, am 17. Juni bis 16:00 Uhr.
  • Kosten: Eine kostenlose Besucherregistrierung ist möglich; mit Eintrittskarte erhält man 20 Prozent Ermässigung auf die Bahnfahrt.
  • Weitere Informationen: www.ephj.ch/de