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Trochoidal zu kürzeren Prozesszeiten

: Maykestag


Als Hersteller von Sondermaschinen für die Fräs-, Säge- und Schienentechnik verarbeitet die Linsinger Maschinenbau GmbH vor allem Werkzeugstähle bei teils sehr hohen Zerspanungsraten. Eine wirtschaftliche, mechanische Bearbeitung der hochbeanspruchten Komponenten aus M200 bzw. 42CrMo4 ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Über einen Werkzeugtest, der zusammen mit der Alpen-Maykestag GmbH durchgeführt wurde, steigt das Traditionsunternehmen nun mit dem STC Speedtwister ins Trochoidalfräsen ein. Autor: Georg Schöpf / x-technik

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Die hohe Spannsituation mit Nullpunktspannsystem und Kraftspanner lässt beim HPC-Fräsen Vibrationen entstehen, die durch Trochoidaloperationen wirksam verhindert werden können.

Die hohe Spannsituation mit Nullpunktspannsystem und Kraftspanner lässt beim...

Moderne Hochgeschwindigkeitszüge benötigen Gleise mit definierter und möglichst glatter Oberfläche. Diese Schienen müssen auch ständig überarbeitet werden, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden.

Wer kennt sie nicht, die langen gelben Maschinen mit der Aufschrift Schienenfräszug. Eben diese sorgen dafür, dass die Laufflächen der Schienen mithilfe speziell geformter Fräsköpfe quasi im Vorbeifahren überarbeitet werden. Sowohl die Maschinen als auch die zugehörigen Werkzeuge zählen zu den Spezialdisziplinen der Linsinger Maschinenbau GmbH aus dem oberösterreichischen Steyrermühl. Gegründet vor ziemlich genau 70 Jahren begann man bei Linsinger schon früh mit der Entwicklung von Sondermaschinen in den Bereichen Fräsen und Sägen.

Verarbeitung großer Teile

Die historischen Wurzeln des Unternehmens liegen im Bereich der Frästechnik. 1990 wurde die Produktpalette der Sägetechnik eingeführt, die mit der Teilübernahme der Fa. Wagner (weltweit größter Kreissägemaschinenhersteller) komplettiert wurde. Aus den kombinierten Erfahrungen der Fräs- und Sägetechnik resultierte der Schwerpunkt Schienentechnik. Diese Sparte entwickelt, basierend auf der weltweit modernsten Technologie, Fahrzeuge zur Bearbeitung und Instandsetzung von Schienen. Das Produktsortiment wird abgerundet mit der Werkzeugtechnik, die ausschließlich für die hochspezialisierten Linsinger-Maschinen zur Verfügung steht.

Egal
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ob bei der Plattenbearbeitung, dem Bettfräsen großer Blechteile oder beim Trennen und Zurichten von Rohren und Rohrteilen, bei den Oberösterreichern geht es meist um die Bearbeitung großer Teile. Linsinger steht für die perfekte Abstimmung zwischen Maschine und Werkzeug und für exakte Bearbeitung bei großen Dimensionen.

Werkzeugentwicklung nach Kundenanforderung

Da Maschinen mit Spezialaufgaben meist auch spezielle Werkzeuge benötigen, ist ein wesentlicher Teil des Leistungsangebotes des oberösterreichischen Sondermaschinenbauers auch die Entwicklung und Herstellung der dazugehörigen Spezialwerkzeuge. „Sowohl in der Bearbeitung von Rohren, als auch speziell im Umfeld der Schienentechnik gibt es Anwendungen, für die man keine Standardwerkzeuge einsetzen kann. Darum entwickeln wir diese auch selbst. Das gibt uns zusätzlich die Flexibilität, auf besondere Kundenanforderungen einzugehen“, erklärt Christian Zach, verantwortlich für die Messerkopffertigung und CAM-Programmierung bei Linsinger und ergänzt: „Das erfordert einen hohen Eigenfertigungsanteil. Und da fast jede Maschine ein Unikat ist, haben wir auch eine sehr hohe Bauteilvarianz, was eine besondere Herausforderung im Bereich der Zerspanung bedeutet.“

Für die Herstellung von Teilen mit hoher Beanspruchung kommt bei Linsinger im Wesentlichen M200 und 42CrMo4 Stahl zum Einsatz. Darum legen die Oberösterreicher besonderen Wert auf den Einsatz geeigneter Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien. „Der Anteil an Sonderwerkzeugen, die bei uns in der Zerspanung eingesetzt werden, beträgt etwa 40 %. Um möglichst hohe Standzeiten zu erreichen und trotzdem auch in der Bearbeitungszeit keine Einbußen hinnehmen zu müssen, ist es für uns sehr wichtig, unsere Bearbeitungsprozesse
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Die Bearbeitung wurde offline im CAM-System Esprit programmiert und mit CHECKitB4 von der Firma Pimpel simuliert. Mit CHECKitB4 lassen sich Steuerungsabläufe in deren voller Funktionalität simulieren. So können NC-Programme inklusive aller Hochsprachenelemente auf syntaktische Korrektheit und Ablauffähigkeit geprüft, die Kollisionsfreiheit im Arbeitsraum, die Werkstückgeometrie und das Bewegungsverhalten sicher bewertet, sowie Programmlaufzeiten bestimmt werden.

Die Bearbeitung wurde offline im CAM-System Esprit programmiert und mit CHECKitB4...

ständig zu optimieren. Wir haben es oft mit sehr massiven Bauteilen mit teilweise recht hohen Zerspanungsraten zu tun. In solchen Fällen ist das Zeitspanvolumen für uns eine entscheidende Kenngröße. Wir sind immer auf der Suche nach Strategien, dieses zu erhöhen. Meist bringen aber höhere Schnittwerte Probleme auf ganz anderen Ebenen mit sich“, erklärt der CNC-Experte. „Bei großen Teilen entstehen aufgrund der Spannsituation schnell Vibrationen, die sich natürlich negativ auf die Bearbeitung auswirken. Ebenso erfordert Fräsen mit hoher seitlicher Zustellung (ae), je nach Werkzeug, oft eine hohe Anzahl an Bearbeitungsebenen, weil nur geringe Schnitttiefen (ap) realisiert werden können“, geht er weiter ins Detail.

Trochoidalfräsen als zusätzliche Bearbeitungsstrategie

So war es eine logische Folge, dass bei Linsinger auch das Thema Trochoidalfräsen als potentielle Bearbeitungsstrategie getestet wurde. „Als Werkzeuglieferant sehen wir es als eine Kernaufgabe, unsere Kunden beim Testen bzw. der Einführung neuer Bearbeitungsstrategien aktiv zu unterstützen. Für den ersten Test bei Linsinger haben wir daher drei Fräser aus unserer STC Speedtwister Serie zur Verfügung gestellt (Anm.: D16 3xD, D16 5xD und D12 5xD). Diese speziellen Fräser bestehen aus einem Hartmetallkern mit der einzigartigen Doppelbeschichtung TWINDUR und sind für Stähle bis 50 HRC geeignet. Die ungleiche Drallsteigung des Fünfschneiders sorgt für eine optimale Spankontrolle“, erklärt Gerhard Preinstorfer, Leiter Verkauf Industrieaußendienst bei Maykestag. Schon seit 2003 bezieht Linsinger von der Alpen-Maykestag GmbH aus Puch bei Salzburg Standard-
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Durch die Gesamtlänge von 80 mm beim D16 5xD STC Speedtwister konnte die gesamte Kontur in einer Aufspannung gefräst werden.

Durch die Gesamtlänge von 80 mm beim D16 5xD STC Speedtwister konnte die gesamte...

und Sonderwerkzeuge. Seit über 50 Jahren stellt das Salzburger Traditionsunternehmen unter der Marke Alpen Präzisionswerkzeuge für Handwerk und Gewerbe sowie unter der Marke Maykestag Hochleistungswerkzeuge für die industrielle Zerspanung her.

Signifikante Leistungsverbesserung

Der Test wurde auf einem vertikalen Bearbeitungszentrum eines namhaften deutschen Herstellers mit Heidenhain 530 Steuerung durchgeführt. Die Bearbeitungsprogramme werden bei Linsinger offline in Esprit (Anm.: die CAM-Software von DP Technology, betreut über die Pimpel GmbH, bietet mit Profit Milling das nötige Know-how, um den Hochgeschwindigkeits-Schruppzyklus programmieren zu können) programmiert und simuliert. Die NC Programme werden anschließend noch mit CHECKitB4 (virtuelle Maschine NC Kernel basierend) auf Prozesssicherheit geprüft. Dadurch konnte Linsinger auch genaue Auswertungen über die Bearbeitungszeiten und Schnittleistungen erstellen. Beim Testbauteil handelt es sich um einen Hebel aus M200, der bei einem Rohteilgewicht von 47,8 kg und einem Fertigteilgewicht von 15,4 kg eine Zerspanungsrate von 67,8 % aufweist.

„Im ursprünglichen Bearbeitungsprogramm haben wir Speedcut Fräser von Maykestag eingesetzt, die wir in verschiedenen Bereichen des Unternehmens nutzen und mit denen wir bislang schon sehr gute Ergebnisse erzielt haben. Diese waren für unseren Test der Benchmark“, so Zach. Das Spannsystem besteht aus einem Nullpunktspannsystem von Stark und zwei Schunk KSX 5-Achsen Kraft-Spannern. Durch die gegebene Spannsituation kam es laut Zach und Maschinenbediener beim HPC-Fräsen – das als Vergleichssituation für den Test diente –
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Bei der Verwendung der herkömmlichen Fräser beim HPC-Fräsen konnte nur bis zur Mitte des Werkstückes gearbeitet werden. Durch das Umspannen entstand eine Bearbeitungskante (rechts im Bild), die durch Trochoidalfräsen vermieden werden konnte (links im Bild).

Bei der Verwendung der herkömmlichen Fräser beim HPC-Fräsen konnte nur bis...

häufiger zu Vibrationen. Diese wirkten sich sowohl auf die Werkzeugstandzeit als auch beträchtlich auf die Oberflächengüte aus. Daneben war es notwendig, die Konturbearbeitung des Werkstückes von zwei Seiten durchzuführen, um die erforderliche Bearbeitungstiefe zu erreichen. Das bedingte ein Umspannen des Werkstückes bei etwa der Hälfte des Konturbearbeitungsprozesses.

Erstaunliche Produktivitätssteigerung

„Durch die mögliche, sehr hohe Eindringtiefe beim Trochoidalfräsen von 80 mm, was auch der Bearbeitungstiefe am Werkstück entsprach, konnten wir die gesamte Kontur in nur einem Arbeitsgang fräsen. Das Oberflächenbild der Kontur wurde dadurch erheblich verbessert und wir erzielten bei der reinen Fräszeit rund 45 % Ersparnis. Das allein hätte uns schon weitgehend überzeugt. Als weiterer Vorteil kam schließlich noch hinzu, dass wir im Vergleich zum HPC-Fräsen weniger als die Hälfte der Spindellast zu verzeichnen hatten“, freut sich Zach über das sehr positive Testergebnis und Preinstorfer ergänzt: „Ein weiteres Plus bzw. Einsparung kostbarer Nebenzeiten ist die Tatsache, dass aufgrund der neuen Bearbeitungsstrategie Trochoidalfräsen das Werkstück bei der zweiten Aufspannung nicht mehr genau eingemessen werden muss – es ist im Gegensatz zur HPC-Strategie lediglich eine Planfräsung und keine Konturbearbeitung mehr notwendig.“ Das führt schließlich zu einer gesamten Ersparniss bei der Bearbeitungszeit von fast 60 %.

Darüber hinaus senken sich auch die reinen Werkzeugkosten, da zum einen weniger
Werkzeuge benötigt werden und zum anderen die Schneide komplett ausgenützt wird. „Wir versuchen immer, die Werkzeuge auf die jeweilige Anwendung abzustimmen. In diesem Fall wählten wir die Fräser der Speedtwister Serie mit TWINDUR-Beschichtung, weil sie sowohl für statische, als auch dynamische Operationen eingesetzt werden können. Damit bieten sie eine hohe Bandbreite im Einsatz bei minimierten Rüstzeiten“, begründet Preinstorfer die Werkzeugauswahl.

Werkzeuglieferant mit Zusatznutzen

„Wir nutzen Maykestag nicht nur bei unseren Standardwerkzeugen, sondern lassen immer wieder auch Sonderwerkzeuge anfertigen. Das geht schnell und hilft uns effizienter zu arbeiten. Auch der Schleifservice wird von uns gerne genutzt. Für uns also eine rundum fruchtbare Zusammenarbeit“, schildert Zach der abschließend nochmals das Know-how von Maykestag bei der Einführung der neuen Bearbeitungsstrategie hervorhebt: „Beim trochoidalen Fräsen müssen Werkzeugmaschine, Werkzeug, Spannsituation und natürlich die Strategie samt Programmierung aufeinander abgestimmt sein. Da Bedarf es großer Erfahrung und kann nicht einfach so ausprobiert werden. Unter anderem dank der Unterstützung durch Maykestag haben wir diesen Schritt erfolgreich getan.“

Die hohe Spannsituation mit Nullpunktspannsystem und Kraftspanner lässt beim HPC-Fräsen Vibrationen entstehen, die durch Trochoidaloperationen wirksam verhindert werden können.
Die Bearbeitung wurde offline im CAM-System Esprit programmiert und mit CHECKitB4 von der Firma Pimpel simuliert. Mit CHECKitB4 lassen sich Steuerungsabläufe in deren voller Funktionalität simulieren. So können NC-Programme inklusive aller Hochsprachenelemente auf syntaktische Korrektheit und Ablauffähigkeit geprüft, die Kollisionsfreiheit im Arbeitsraum, die Werkstückgeometrie und das Bewegungsverhalten sicher bewertet, sowie Programmlaufzeiten bestimmt werden.
Durch die Gesamtlänge von 80 mm beim D16 5xD STC Speedtwister konnte die gesamte Kontur in einer Aufspannung gefräst werden.
Bei der Verwendung der herkömmlichen Fräser beim HPC-Fräsen konnte nur bis zur Mitte des Werkstückes gearbeitet werden. Durch das Umspannen entstand eine Bearbeitungskante (rechts im Bild), die durch Trochoidalfräsen vermieden werden konnte (links im Bild).
Der Maykestag STC Speedtwister mit TWINDUR Beschichtung ist mit fünf freigestellten Schneiden ausgestattet und verfügt über eine ungleiche Drallsteigung mit Schnitttiefen bis 5xD.



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