Möglichst viele unterschiedliche Arbeitsgänge und Werkstoffe mit demselben Werkzeug oder zumindest in einer einzigen Aufspannung komplett zu erledigen, gehört zu den Zielen effizienter Zerspanung. Dabei kommen innovative Multifunktions-Werkzeuge, Multitasking-Werkzeuge oder auch Universalwerkzeuge zum Einsatz. Auf den ersten Blick sind deren Unterscheidungsmerkmale nicht unbedingt offensichtlich und daher erklärungsbedürftig. Autor: Dr. Diethard Thomas, LMT Consultant
Mit einem multifunktionalen Werkzeugsystem können verschiedene Fertigungsverfahren in zeitlicher Abfolge ohne Werkzeugwechsel abgedeckt werden, wie bei einem Verzahnungssystem von LMT Fette, bei dem ein Wälzfräser zusammen mit einem Faswerkzeug auf denselben Aufnahmedorn montiert wird. Ein anderes Beispiel zeigt ein Stufenwerkzeug zum Bohren, Reiben und Fasen, beispielsweise den One-Shot-Bohrer von LMT Belin zum Bearbeiten von CFK-Stacks.
Multitasking-Werkzeuge können ebenfalls mehrere Funktionen ausführen, jedoch geschieht dies zeitgleich. Ein Beispiel ist der Wendeplattenfräser Multi-Edge TAN90 Double 4 von LMT Fette. Mit diesem innovativen Werkzeug kann gleichzeitig die Schrupp- und Schlichtbearbeitung durchgeführt werden, also in Schlichtqualität geschruppt werden. Ein anderes Beispiel stellt das Frässystem Speed-Lift von LMT Kieninger dar, mit dem beim Fräsen sogar Schleifqualität erzeugt und somit das Schleifen substituiert wird.
Universalwerkzeuge decken ebenfalls verschiedene Anwendungen ab. Mit dem universellen Gewindebohrer Uni von LMT Fette können zum Beispiel alle marktgängigen Werkstoffe bearbeitet werden.
Welches Werkzeugkonzept ist nun besser? Alle genannten Konzepte haben ihre Existenzberechtigung. Multifunktions- und Multitasking-Werkzeuge rechnen sich bei größeren Losgrößen. Rüst- und Werkzeugwechselzeiten werden reduziert, teilweise werden Maschineninvestitionen eingespart. Multitasking-Werkzeuge sind gegenüber Multifunktions-Werkzeugen wirtschaftlicher aufgrund noch kürzerer Fertigungszeiten. Universalwerkzeuge sind wirtschaftlich vorteilhaft einsetzbar bei Einzelfertigung oder bei kleinen Losgrößen mit Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen. Sie sind nicht in jedem Fall optimal, senken in ihrem Anwendungsfenster jedoch die Bauteilkosten (Cost per Part) aufgrund reduzierter Lagerhaltung. Betrachtet man die „Cost per Part“ über der Losgröße, verhalten sich Multifunktions- und Multitasking-Werkzeuge tendenziell ähnlich, im Gegensatz zu den Universalwerkzeugen.
Das folgende Beispiel beschreibt eine multifunktionale Anwendung aus dem Bereich Verzahnen. Neben dem eigentlichen Wälzfräsen müssen die erzeugten Zahnräder auch entgratet und gefast werden. Dafür kommen unterschiedliche Verfahren, wie Drück-, Fräs- oder manuelles Nacharbeiten zur Anwendung. Weit verbreitet ist bisher das Drückentgraten. Dabei wird der beim Wälzfräsen entstehende Grat mit einer Entgratscheibe entfernt. Anschließend wird die scharfe Kante durch Drückwalzen zur Fase umgeformt. Der Nachteil besteht darin, dass das dabei aufgeworfene Material zu Konturfehlern im Zahnradprofil führt, weshalb bei diesem Verfahren häufig ein weiterer Arbeitsgang „Wälzfräsen“ erforderlich ist.
Zusammen mit dem Verzahnungsmaschinenhersteller Liebherr in Kempten hat LMT Fette daher das Frässystem Chamfer-Cut entwickelt, das direkt nach dem Wälzfräsen die Zahnräder an den Stirnseiten anfast. Das System kann zusammen mit dem Wälzfräser, wie dem Speed-Core, auf denselben Dorn gespannt werden. Das Resultat sind Qualitätszahnräder mit präziser und konstanter Fase. Ein zweiter Schnitt Wälzfräsen, wie beim Drückentgraten, entfällt. Weitere Vorteile sind: sehr hohe Standzeiten auch bei Trockenbearbeitung, problemloses Anfasen auch des Zahnfußes und einfache Wiederaufbereitung der Werkzeuge.
Das folgende Beispiel zeigt die Werkzeugkosten beim Einsatz des Chamfer-Cut im Vergleich zum Drückentgraten. Bearbeitet wurden Tellerräder aus 20MnCr5 in einer Stückzahl von 500 000. Unter Berücksichtigung der Werkzeugpreise, der unterschiedlichen Standzeiten und der Kosten für Wiederaufbereitung verschlissener Werkzeuge ergaben sich beim Drückentgraten Werkzeugkosten von 0,5 Cent und mit dem Chamfer-Cut von 0,058 Cent pro Zahnrad. Das bedeutet eine Einsparung von 88 %. Bei den Kosten addieren sich hier noch die generellen Einsparungen einer Komplettbearbeitung, wie geringere Rüst- und Nebenzeiten und vor allen Dingen der Entfall einer zusätzlichen Maschine mit Werkzeugen zum Entgraten und Schaben.
Die Multitasking-Fähigkeit von Fräswerkzeugen soll an folgendem Beispiel demonstriert werden. Fräswerkzeuge können inzwischen auch Bohren, Verzahnen, Gewinden und auch Schleifen, oder zumindest Fräsen in Schleifqualität. Gerade zur letztgenannten Anwendung sind Fertigungsprozesse und Werkzeugsysteme soweit optimiert, dass Oberflächenqualitäten im Bereich von Rz 5 µm problemlos machbar sind, selbst bei der Bearbeitung gehärteter Werkstoffe. Als Beispiel soll das Frässystem Speed-Lift vorgestellt werden. Dieses neue 2D-Stechfrässystem besitzt ein Minimum an Bauteilen, eine exakte Einstellung der Schneiden und leistungsstarke Wechselschneidplatten bestückt mit CBN.
Das Anwendungsbeispiel war nicht ohne: Die Auskraglänge des Werkzeugs betrug 650 mm. Die geforderte Oberflächenqualität Rz sollte kleiner 5 µm sein. Bearbeitet wurde das Material GGG40 mit dem SpeedLift D = 80 mm und einer Schneidenzahl von z = 10. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 880 m/min. Durch die sehr gute Stabilität des Systems und aufgrund des exakten Rund- und Planlaufs konnte eine Oberflächenqualität von Rz = 4,7 µm realisiert werden. Das ist Schleifqualität. Die Werkzeugpräzision ermöglichte somit die Einsparung eines ganzen Arbeitsganges. Durch die hohe Schnittgeschwindigkeit reduzierte sich zusätzlich die Bearbeitungszeit je Fläche um ca. 50 %. ■
LMT Tool Systems GmbHwww.lmt-tools.de
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