Ausgabe - 12 - 2012 - Produktion

16 · Fertigung · Produktion · 22. März 2012 · Nr. 12
Werkzeugkonzepte
Pro Maschine jährlich 13 444 kWh sparen
Produktion Nr. 12, 2012
Die Steigerung der Produktivität einer Fertigungsanlage geht Hand in
Hand mit einer verbesserten Energie-Effizienz beim Herstellungsprozess
eines Bauteils. Komplettbearbeitungswerkzeuge sind ein vielversprechender
Ansatz.
Aalen (sm). Bei Werkzeugmaschinen
ist die benötigte Energie für die
Zerspanung sehr klein im Vergleich
zum Gesamtenergiebedarf der
Maschine. Dadurch kommt, mit
Blick auf die Energie-Effizienz, einer
verkürzten Laufzeit der Maschine
besondere Bedeutung zu.
Durch intelligente Zerspanungsprozesse
können beachtliche Zeit-,
Energie- und damit Kosteneinsparungen
erreicht werden.
Ein gutes Beispiel dafür, dass
optimierte Prozesse heute mehr
denn je notwendig sind, ist die
Fertigung von Getriebegehäusen.
Moderne Getriebe wie zum Beispiel
das Doppelkupplungsgetriebe,
werden immer komplexer. Für
die Bearbeitung sind immer mehr
Operationen nötig. Gegenüber
den Getrieben älterer Bauart müssen
an einem Gehäuse heute zwei-
Abbildung 2: Feinbohrwerkzeug mit
Führungsleisten und aufgeflanschtem
PKD-Aufbohrwerkzeug. Bild: Mapal
bis dreimal so viele Merkmale bearbeitet
werden. Das bedeutet,
dass selbst moderne Werkzeugmaschinen
mit 60 bis 80 Magazinplätzen
an ihre Grenzen kommen.
Es werden 22 Sekunden
pro Bauteil eingespart
Einen optimalen Prozess erkennt
man daran, dass die Summe
der benötigten Werkzeuge möglichst
klein und der erreichte CpK-
Wert möglichst hoch ist. Dies bedeutet
optimale Produktivität,
gute Energie-Effizienz und hohe
Prozesssicherheit. Ein eindrucksvolles
Beispiel für ein Komplettbearbeitungswerkzeug
aus einer solchen
Bearbeitungsfolge ist ein
PKD-bestücktes Sonderwerkzeug
zum Zirkularfräsen des Herstellers
Mapal aus Aalen (Abb. 1). In
einem Getriebegehäuse aus AlSi 9
werden damit alle Einstiche für
die Dichtringe in der Abtriebsbohrung
sowie die Planbearbeitungen
an der Vorder- und Rückseite der
Bohrung in einem Arbeitsgang
zerspant. Bei einer Schnittgeschwindigkeit
von 900 m/min und
einem Zahnvorschub von
0,1 mm/U werden gegenüber der
herkömmlichen Fertigung 5 Werkzeuge
und 22 Sekunden Bearbeitungszeit
pro Bauteil eingespart.
Bei einer Jahresproduktion von
100 000 Teilen ergibt sich daraus
eine Verkürzung der Maschinenlaufzeit
von 611 Stunden, was bei
der verwendeten 5-Achs Maschine
einer Energieeinsparung von
13 444 kWh entspricht.
Minimalmengenschmierung
als wichtige Stellschraube
Neben den Werkzeugen mit fest
eingelöteten Schneiden kommen
im Getriebegehäuse auch Werkzeuge
mit Wendeschneidplatten
und Führungsleisten zum Einsatz.
Mit diesen Werkzeugen von Mapal
können engste Toleranzen erreicht
werden. Mit den an den Werkzeugen
vorhandenen Einstellmöglichkeiten
kann auf Besonderheiten
des Werkstückmaterials oder
der Maschine reagiert werden.
Trotz des zusätzlichen Handlingsaufwandes
liegen die Kosten pro
Bauteil beim Verwenden eines
Wendeplattenwerkzeuges meist
unter denen von festen Werkzeugen.
Dies kommt daher, dass der
Grundkörper der Wendeplattenwerkzeuge
aufgrund seiner extrem
langen Lebenszeit kaum in die
Kostenrechnung eingeht und die
Einzelschneiden im Vergleich zum
Aufbereitungsaufwand bei festen
Werkzeugen günstiger abschneiden.
Mit einem eindrucksvollen
Exemplar eines solchen Werkzeuges
mit Führungsleisten und Wendeplatten
wird zum Beispiel eine
Lagerbohrung in einem Getriebegehäuse
bearbeitet (Abb. 2). Dabei
werden Durchmesser, Fasen, Radien
und Planflächen in einem
Arbeitsschritt komplett zerspant.
Entsprechend reduzieren sich
Haupt- und Nebenzeiten. Zusätzlich
wird im Anschluss an die Bearbeitung
mit dem Führungsleistenwerkzeug
mit einem aufgesetzten
Werkzeug mit PKD Schneiden an
einer anderen Position im Gehäuse
eine weitere Bohrung feinbearbeitet.
Die Effizienzrechnung führt
bei den 100 000 Teilen Jahrespro-
Abbildung 1:
PKD-bestücktes
Sonderwerkzeug
zum Zirkularfräsen
von
Einstichen und
Planflächen
Bild: Mapal
duktion zu einer gesamten Zeiteinsparung
von 388 Stunden und
damit zu 8 536 kWh weniger Stromverbrauch.
Für die bessere Energie-Effizienz
eines Zerspanungsprozesses
bietet, neben den ausgereizten
Werkzeugkonzepten im Hinblick
auf das Zusammenfassen von Arbeitsgängen,
die Minimalmengenschmierung
(MMS) eine besonders
wichtige Stellschraube.
Der Grund dafür liegt im hohen
Stromverbrauch der für den Kühlschmierstoff
notwendigen Hochdruckpumpen.
Je nach Maschine
beziehungsweise Kühlmittelanlage
können Energieeinsparungen
von 20 bis zu 30 % erreicht werden.
Mapal bietet auch für die MMS
Technologie komplette Lösungen
vom Spannzeug bis zur Schneide.
www.mapal.com
Effizienz-Navi Preis
Material Energie ✔
Service Handhabung ✔
Zeit ✔ Lebensdauer
Kosten senken mit Produktion
Drahterodieren
Hochgenaue Bauteilkontrolle in der Maschine
Produktion Nr. 12, 2012
Als Ergänzung zur Drahterodiermaschine
Cut 1000 stellt GF AgieCharmilles
eine optische Messeinrichtung
Integrated Vision Unit (IVU)
vor, mit der sich die Lage und die
Abmessungen von Mikroteilen auf
der Maschine messen lassen.
Schorndorf (sm). Die Integrated
Vision Unit (IVU) ermöglicht optischen
Zugang zu Details, die ein
taktiler 3D-Taster nicht bietet. Auch
das übliche Antasten mit dem Erodierdraht
lässt Wünsche offen. Mit
der Messeinrichtung IVU können
kleinste Werkstücke direkt auf der
Maschine betrachtet und kräftefrei
gemessen werden. Ein Anwendungsbeispiel
sind Pinzetten für die
Augenchirurgie (Bild 1 bis Bild 3), die
aus Edelstahl- oder Titandraht mit
0,5 mm Außendurchmesser hergestellt
werden. Diese und andere detailkritische
Bearbeitungsaufgaben
bei der Herstellung von Instrumenten
für die Mikrochirurgie, bei Teilen
von Luxusuhren und bei kleinsten
Werkzeugen für die Großserienproduktion
lassen sich im Zusammenspiel
mit der Messeinrichtung IVU
hochgenau ausführen.
Bild 1: Drahterodiermaschine Cut 1000 mit optischer
Messeinrichtung IVU (Integrated Vision Unit), Anwendungstechniker
Jürgen Klenk.
Als eine ‚Maschine für ultrapräzise
Mikrobearbeitungen‘ bezeichnet
der Schweizer Maschinenbauer
die Drahterodiermaschine Cut
1000, Bild 1, die Oberflächengüten
bis Ra = 0,05 µm erzeugt. Mit der
doppelten Drahtspule AC Duo
kann mit zwei Drähten im Wechsel
gearbeitet werden, zum Beispiel
mit den Drahtdurchmessern 0,1
und 0,05 mm. Die Messachse der
Messeinrichtung IVU ist im Abstand
von 80 mm zum Erodierdraht
positioniert. An ihrem unteren
Ende befindet sich die Lichtquelle,
am oberen Ende eine CCD-Kamera
mit Autofokus-Funktion (Bild 2).
Die CCD-Kamera gibt kristallklare
Bild 2: Arbeitsraum mit Erodierdraht (rechts) und
fünf eingespannten Rohteilen für Pinzetten (links),
darunter Lichtquelle, darüber CCD-Kamera.
Bilder ab, die von einer speziellen
Software in Messdaten gewandelt
werden. Kombiniert mit der Bedienoberfläche
der Steuerung Vision
5 sieht der Werker, was er tut
(Bild 3).
Vorteile beim Einrichten
kleiner und komplexer Teile
Die Möglichkeiten und Vorteile
beginnen beim Einrichten kleiner
und schwierig gestalteter Werkstücke.
Dabei können hochgenaue
Messungen zyklisch wiederholt
werden, um ein Werkstück an Kanten
oder nach Zentrierung µmgenau
auszurichten. Die Positionen
für Mikrostartbohrungen lassen
sich schnell und einfach vor der
Bearbeitung festlegen. Zudem hilft
die Einrichtung beim Einfädeln
dünner Drähte. Während der Bearbeitung
kann man das Werkstück
prüfen und nachmessen, ohne es
ausspannen und in den Kontrollraum
bringen zu müssen. Bei mehreren
Durchbrüchen ist es möglicherweise
sinnvoll, nach jedem
Durchbruch zu messen und über
„O.K.“ oder „nicht O.K.“ zu entscheiden.
Bei der Analyse des von der
CCD-Kamera gelieferten Bildes
fallen in X- und Y-Richtung so viele
Daten an, dass die Kontur einer
Bild 3: Pinzette mit Messprogramm – ein Bild der
CCD-Kamera aus dem Arbeitsraum, eingespielt in
die Maschinensteuerung Vision 5. Bilder: Klaus Malle
Krümmung oder der Durchmesser
eines Kreises, seine Rundheit und
Achsabstände nach Messprogramm
definiert werden. Eine
Kontur lässt sich automatisch abtasten
und mit einer vorgegebenen
CAD-Sollform vergleichen. Somit
sind technisch die Voraussetzungen
gegeben, alle Details im Auge
zu behalten und Mikroformen für
Medizinprodukte, Mikroantriebe,
Steckverbinder für IT- und TK-Geräte,
Mikrokomponenten für LED,
Anschlusskämme für integrierte
Schaltkreise oder andere winzige
Fertigungsaufgaben optisch gesichert
zu lösen.
www.gfac.com/de