Anzeige mav Innovationsforum 2022 ▶ MULTIFUNKTIONELLE ZERSPANUNGSLÖSUNGEN FÜR MIKROBEARBEITUNGSZENTREN Angepasste Zerspanungswerkzeuge für Mikrobearbeitungszentren In letzter Zeit ist in der mikrotechnischen Industrie ein neuer Gedanke aufgetaucht: „Warum sollten wir tonnenschwere Werkzeugmaschinen einsetzen, um Teile herzustellen, die nur wenige Gramm wiegen?“ Der Autor Sinan Akyol Technischer Berater, Louis Bélet S.A. Die Frage ist relevant und liegt auf der Linie einer „grüneren“ Industrie, die weniger Ressourcen verbraucht. Mehrere Maschinenhersteller aus der Schweiz und dem Ausland haben mittlerweile wesentlich kompaktere Bearbeitungszentren in ihrem Katalog. Diese Maschinen mit 3-Achs-, 4-Achs- oder sogar 5-Achs-Bearbeitung stehen oft heute schon in Ihren Werkstätten. Wenn diese Maschinen miteinander verbunden und mit automatischen Be- und Entladesystemen sowie Kontrollinstrumenten gekoppelt sind, können sie fast autonome Mikrofabriken mit einer sehr kleinen Stellfläche und einem sehr geringen Energieverbrauch bilden. In diesem Artikel werden wir keine ∙ bestimmten Hersteller oder Maschinenmodelle erwähnen. Unser Fokus liegt vielmehr auf folgendem Aspekt: Es ist wichtig zu wissen, dass die Maschinen zwar die verschiedenen oben genannten Punkte erfüllen, die Designs dieser Mikrobearbeitungszentren, die wir MMCs (Micro Machining Centres) nennen, aber von Hersteller zu Hersteller sehr unterschiedlich sein können. Die MMCs haben jedoch einige Gemeinsamkeiten: ∙ Sehr hochfrequente Spindeln mit bis zu 80.000 Umdrehungen pro Minute Spindeln mit begrenzter Leistung ∙ Sehr dynamische Maschinenbewegungen Grosse Arbeitsvorschübe ∙ Bild: Louis Bélet Bohrungen mittels Fräser bearbeitet Kleines Arbeitsvolumen, kurze Achsbewegungen Kleines Werkzeugmagazin ∙ Wenig bewegte Masse bei der Bearbeitung Die MMCs haben sich bekanntlich weiterentwickelt und werden sich noch weiterentwickeln. Wie sieht es aber mit den Schneidwerkzeugen und den Bearbeitungsstrategien aus? Wie kann man ein Werkstück, das bisher auf einer 10 kW-Maschine gefertigt wurde, mit einer Maschine herstellen, die weniger Strom verbraucht als ein Föhn, die aber in der gleichen Bearbeitungszeit mindestens die gleiche Qualität und Genauigkeit hervorbringt wie die herkömmliche Maschine? Die wichtigsten Prinzipien, die bei der Verwendung von MMCs zu beachten sind, lauten wie folgt: 1) Ein einziges Werkzeug verwenden, um mehrere Arbeitsschritte wie Bohren und Fräsen, Schruppen und Schlichten durchzuführen Neue Werkzeuge sind speziell für den vielseitigen Einsatz entwickelt worden und ermöglichen das Planfräsen, das Taschenfräsen und sogar das Bohren. Folglich gibt es weniger Werkzeugwechsel und weniger Spindelstopps und -neustarts, wodurch Zeit gespart wird. Beachten Sie auch, dass der maximale Schneidendurchmesser der Werkzeuge für MMCs bei 3 mm liegt. 44 April 2022
Anzeige mav Innovationsforum 2022 Bild: Louis Bélet Analyse der Wärme entwicklung 2) Kleine Zustellungen schnellstmöglich durchführen Da die Spindeln der MMCs unterdurchschnittlich leistungsfähig sind, sind sie für Strategien, die auf grosse Durchläufe mit grossen Spanvolumen ausgerichtet sind, ungeeignet. Besser ist es, die hohen Spindelfrequenzen und die Möglichkeiten der Dynamik und der schnellen Bewegungen zu nutzen. Man kann dann eine grosse Anzahl von Durchläufen programmieren, indem man kleinere Zustellungen wählt. Nachfolgend sind die Schnittparameter für das Umfangfräsen in rostfreiem Stahl auf einem konventionellen Bearbeitungszentrum und auf einer MMC mit demselben Werkzeug aufgelistet: Man sieht also, dass es bei annähernd gleichen Spanflussraten [Q] deutliche Unterschiede bei allen anderen Faktoren gibt. Schnittgeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten, Schnittbreiten und -tiefen sind alle unterschiedlich. Trochoidalähnliche Bahnen sind auch in der Mikrobearbeitung möglich und treten dort immer häufiger auf. Dies erklärt sich damit, dass die Maschinen schnelle Beschleunigungen und Abbremsungen erlauben. Diese neuen Schneidwerkzeuge gepaart mit ungewohnten Bearbeitungsstrategien führen zu berechtigten Fragen: Ist der neue Ansatz für alle zu bearbeitenden Materialien geeignet? Worauf muss man bei der Einstellung besonders achten? Ist das Bohren mit dem Fräser effizient? Wirken sich die hohen Schnittgeschwindigkeiten, die bei MMCs verwendet werden, auf die Lebensdauer des Werkzeugs aus? Wird die Qualität der bearbeiteten Teile immer auf demselben Niveau sein? Welche Unterschiede gibt es bei der Bearbeitungszeit? Wir werden versuchen, diese Fragen zu beantworten, indem wir im Rahmen des Innovationsforums am 7. April 2022 in Böblingen ■ konkrete Beispiele vorstellen. Louis Bélet S.A. www.louisbelet.ch Bild: Louis Bélet April 2022 45
