7 Werkzeug-Spanntechniken zum 30% Produktiver-Fräsen

Produktivitätssteigerungen von 30% sind keine Fabelzahl, sondern durchaus erreichbar, berichtet Diebold-Geschäftsführer Hermann Diebold. In der eigenen Fertigung konnten bereits sogar 35% Verbesserung erreicht werden: vor allem durch höhere Standzeit der Werkzeuge, bessere Werkstückgenauigkeit, bessere Oberflächen und weniger Maschinenstillstand oder Nacharbeiten. Für die signifikante Verbesserung der Fräsprozesse seien innovative und vor allem qualitativ hochwertige Werkzeugaufnahmen unerlässlich: wie Schrumpffutter mit unter 1 µm Rundlauf, dem JetSleeve-Schrumpffutter mit Düsensystem, dem CentroGrip-Genauigkeits-Spannzangenfutter, dem UltraGrip-Kraftspannfutter, den TER-Schrumpfspannzangen, dem DMS-Diebold-Modularsystem und dem Wuchten auf neuem Niveau mit den UB30-Wuchtmaschinen.

Schrumpffutter sind nach Angaben von Hermann Diebold bewährte einteilige Werkzeughalter, die – wenn sie korrekt hergestellt sind – eine Rundlaufgenauigkeit von unter 3 µm bieten. „Für anspruchsvolle Formenbauer haben wir auch die Schrumpffutter mit HSK-E-40-Kegel im Programm, für die wir 1 µm Rundlauf garantieren.“ Diese Genauigkeiten, so Hermann Diebold, lassen sich sehr gut nutzen, wenn man auf hohem Niveau fräst, mit Hochgeschwindigkeit fährt oder sogar auf der Fräsmaschine schleift. In Summe umfasst das Diebold-Schrumpffutter-Programm Futter mit Standard-DIN-Kontur, TSF-Slim-Fit-Aufnahmen und TUS-Ultra-Slim-Aufnahmen. Diese sind beschichtet, damit bei der Bearbeitung von Grafitwerkstoffen der Grafitstaub nicht am Futter anhaften bleibt und dann für unerwünschte Unwucht oder Ungenauigkeit der HSK-Kegel sorgt. „Das ist ein wichtiges Detail, was vor allem in seiner Wirkung nicht zu unterschätzen ist“, betont Hermann Diebold.  

Unterdessen arbeiten die Diebold-Schrumpfgeräte der Serie US 1100 heute fast vollautomatisiert. OneTouch ist die neueste Lösung, um mit nur einem Knopfdruck den kompletten Schrumpfzyklus ohne manuellen Eingriff auszuführen. Mit dem Temperatursensor TempControl in der Pyrometerspule ausgestattet, sind diese Geräte problemlos handhabbar auch für weniger geübte Bediener, erklärt Hermann Diebold. JetSleeve seien demnach weltweit einmalige und patentierte Schrumpffutter, bei denen das Kühlmedium über Düsenbohrungen an der Stirnseite direkt an den Fräser geleitet wird. „Der Trick sind winzige Düsenbohrungen, die unter unterschiedlichen Winkeln in der Stirnseite des Düsenrings angebracht sind. Durch die Winkelanstellung überlagern sich die Kühlmittelströme und erzeugen einen Unterdruck, der verhindert, dass das Medium durch Zentrifugalkraft nach außen weggeschleudert wird.“

Somit steht jederzeit Kühlung und Schmierung an der Schneide zur Verfügung, auch beim Fräsen tiefer Taschen. Sobald die Späne brechen, werden sie von der Schneide weggeschleudert und ein Überfahren des Spans ist ausgeschlossen. Das Ganze funktioniert mit Kühlmittel, mit MMS/ATS oder bei Trockenbearbeitung nur mit Luft. JetSleeve 2.0 ist nach Erfahrung von Hermann Diebold ein echtes Green-Tech-Produkt, das viele Vorteile in sich vereinigt: „Es gibt heute im Formenbau viele Prozesse, die nur mit Hilfe der JetSleeve-Technologie durch Fräsen herstellbar sind.“ Bisher mussten diese Teile und deren Konturen durch Erodieren mit dem Umweg über die Herstellung von Elektroden produziert werden. Folglich war ein Umspannen des Werkstücks auf eine Maschine mit anderer Technologie notwendig, berichtet Hermann Diebold. Heute können tiefe Kavitäten, Rippen oder andere filigrane Konturen mit JetSleeve fertiggefräst werden, und das bringt enorme Kosteneinsparungen. So kann die Standzeit der Werkzeuge um bis zu 300 % gesteigert werden, versichert Hermann Diebold. Die „weichen Kosten“, wie teurer Maschinenstillstand, würden zusätzlich ein Vielfaches dieses Einsparpotenzials ausmachen.

Spannzangenfutter haben bekanntlich sehr gute Dämpfungseigenschaften bei gleichzeitig guten Haltekräften. Hier genau setzt aber der technische Fortschritt an, indem Diebold Spannzangenfutter einer neuen Genauigkeitsklasse anbietet unter dem Namen CentroGrip, bei dem der Futterkörper laut Produktionsvorgabe eine Rundlaufgenauigkeit von unter 1 µm haben muss und die speziell für dieses System gefertigten Spannzangen eine Genauigkeit von unter 2 µm haben. „Das Ganze wird mit einer Spannmutter versehen, die so gefertigt ist, dass sie den Rundlauf des Gesamtsystems nicht verschlechtert – und so am Fräserschaft in 3xD gemessen ein Rundlauf von unter 3 µm garantiert zur Verfügung steht“, erklärt Hermann Diebold.

Das UltraGrip-Kraftspannfutter hat Diebold speziell für die Schwerzerspanung entwickelt. Harte und zähe Werkstoffe wie Toolox werden  im Werkzeugbau verstärkt eingesetzt. Dazu benötigt man Spannfutter mit höchstmöglichen Spannkräften, die durch ihre Bauart auch gleichzeitig über schwingungsdämpfende Eigenschaften verfügen. „Die Kombination hoher Rundlaufpräzision, gepaart mit maximal möglicher Spannkraft ist bei den UltraGrip-Spannfuttern optimal gelöst.“ So kann nach Angaben von Hermann Diebold der komplette Bereich des HPC-Fräsens mit großen Schnitttiefen kombiniert und mit hohen Vorschüben und extremen Schnittkräften vollständig abgedeckt werden. Eine aufwändige Auszugssicherung im Futter bzw. am Werkzeugschaft ist somit nur noch in extremen Grenzbereichen notwendig.

UltraJet-3.0-Kraftspannfutter sind UltraGrip-3.0-Futter mit eingebautem KSS-Venturi-Effekt, wie bei den JetSleeve-Schrumpffuttern, die für effektive Kühlung und Schmierung und besonders effektive Beseitigung der beim Fräsen entstehenden Späne sorgen, erklärt Hermann Diebold. Wie das funktioniert, sei beim Hermle-Fräsversuch gut zu sehen, wie die Späne bei der Hochleistungszerspanung des Werkstoffs Toolox 33 durch den Jet-Effekt aus dem Fräsbereich geschleudert werden. Der Jet-Effekt sorgt dafür, so Hermann Diebold, dass die Späne vom Fräser nicht ungewollt überfahren werden. Die Werkzeug-Standzeit erhöht sich um bis zu 300% und oft sogar mehr, berichtet der Geschäftsführer. Gerade Formenbauer oder Aerospace-Fertiger, die hohe Zerspan-Volumina fräsen und in tiefen Taschen unterwegs sind, haben nach Angaben von Hermann Diebold einen hohen Nutzen mit den UltraJet3.0-Kraftspannfuttern, weil der Späne-Stau beim Schwerzerspanen in Kavitäten jetzt weitgehend gelöst ist.

Als weitere innovative Spannmittel aus dem Hause Diebold empfiehlt Hermann Diebold die TER-Schrumpf-Spannzangen mit der bekannten ER-Spannzangenkontur. „Eigentlich sind es keine Spannzangen sondern einteilige Schrumpfaufnahmen mit ER-Kegel, in der Anwendersprache nennt man sie trotzdem Schrumpfspannzangen.“ Diese Spannzangen haben einen Rundlauf von unter 3 µm, sind also sehr genau gefertigt. Durch ihre hohe Haltekraft als Schrumpfaufnahme übertragen sie hohe Drehmomente, und sie passen in jedes beim Anwender vorhandene ER-Spannfutter. „Weil sie keine Schlitze haben wie klassische Spannzangen, gibt es auch keine Verunreinigungen im Aufnahmekegel“, erklärt Hermann Diebold den Unterschied. TER-Schrumpf-Spannzangen seien zudem kühlmitteldicht, also für den Einsatz von innengekühlten Werkzeugen bestens geeignet. Durch ihre enorme Haltekraft und zusammen mit dem guten Rundlauf sorgen sie oft für eine Produktivitätssteigerung von 300 bis 600%, insbesondere im Einsatz beim Drehen. „Sie lesen richtig, das ist wieder keine Fabelzahl, sondern eine in der Praxis oft bewiesene Einsparung“, betont Hermann Diebold. In der eigenen Fertigung würden 50 CNC Maschinen betrieben. Dort sind auf den Dreh-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren über 700 Stück solcher Schrumpfspannzangen im Einsatz, weil sie eine erhebliche Produktivitätssteigerung gebracht haben gegenüber den klassischen geschlitzten Spannzangen, betont Hermann Diebold.

Ebenfalls sehr empfehlenswert für Formenbauer sei auch das neuartige DMS-Modularsystem, das durch seinen modularen Aufbau besondere Dämpfungseigenschaften bietet. Auch hier würde bei den Wechsel-Einsätzen wieder die ER-Spannzangenkontur zum Tragen kommen, erklärt Hermann Diebold. Beim dynamischen 5-Achs-Fräsen, wo mit langen und schlanken Werkzeugen mit hoher Geschwindigkeit Radien gefahren werden, seien einteilige Schrumpffutter oft zu starr, was zu Rattern oder verstärkter Abnutzung der Fräser und Konturungenauigkeiten führen kann. „Für diesen Fall steht das DMS-System zur Verfügung. Die Verbindung zwischen Grundhalter und Schrumpfverlängerung ist nachgiebig und sorgt im Grenzbereich des Fräsens für die gewünschte Dämpfung“, versichert Hermann Diebold. Zudem könnten die DMS-Verlängerungen und Reduzierungen in jedem vorhandenen ER-Spannzangenfutter verwendet werden.

Um die Rundlaufgenauigkeiten tatsächlich auch messen und optimieren zu können, hat Diebold als erster Hersteller eine Wuchtmaschine 2022 auf den Markt gebracht, die Werkzeugaufnahmen für immer höhere Drehzahlen und damit auch höhere Wuchtqualitäten mit Werten unter 1gmm Restunwucht erfassen kann. „Dafür werden Wuchtmaschinen einer besonderen Genauigkeitsklasse benötigt, die beim Wuchtvorgang ein minimales Schwingungsverhalten und besondere Dämpfungseigenschaften aufweisen. Das haben wir in unserer UB30 vereint“, betont Hermann Diebold. Denn die bisher am Markt verfügbaren Wuchtmaschinen konnten die steigenden Anforderungen an Wuchtqualitäten nicht mehr erfüllen. Diebold hat deshalb die eigenen Wuchtmaschinen entwickelt. Das Wichtigste dabei ist, dass die Werkzeughalter mit der gleichen Spannkraft in die Wuchtspindel eingezogen werden, wie sie auch in der Werkzeugmaschine gespannt werden. Bisherige Wuchtmaschinen können das nicht, sie haben deutlich weniger Einzugskraft und simulieren dadurch nur die Spannsituation wie in der Werkzeugaufnahme. „HSK-Kegel sind überbestimmt und verformen sich beim Spannvorgang. Wenn das auf der Wuchtmaschine nicht ebenso stattfindet, sind keine brauchbaren Wuchtergebnisse zu erreichen“, erklärt Hermann Diebold. Mehr zu den Werkzeugspanntechniken von Diebold auf der Website des Herstellers und auf der Moulding Expo vom 13.-16.6. in der Messe Stuttgart.