Bild 1: Messen in der Werkzeugmaschine

Hierbei stellten Vero Software GmbH und m&h Inprocess Messtechnik GmbH, beide Teil von Hexagon Manufacturing Intelligence, zusammen mit INGERSOLL als Partner im Bereich der Zerspanungswerkzeuge neue Konzepte vor. Auf das durchweg positive Feedback zur Veranstaltung blicken die Kooperationspartner mit Stolz zurück.

In der Planungsphase zu diesem gemeinsamen Workshop stellte sich erst einmal die Frage, wie jeder seine eigenen Neuerungen vorstellen könne, aber natürlich sollte das große Ganze auch zu einem schlüssigen Konzept für unsere Kunden werden. Als Themenschwerpunkt kristallisierte sich die HFC- und HPC-Bearbeitung heraus.

Anmeldungen im Minutentakt

Bei der HFC-Bearbeitung (High Feed Cutting) lag der Schwerpunkt im Werkzeug- und Formenbau bislang weitestgehend in der Schruppbearbeitung mit Hochvorschubwerkzeugen. Aber auch Vollhartmetall- Schaftwerkzeuge werden durch Einsatz moderner trochoidaler Frässtrategien immer attraktiver um einen wirtschaftlichen Schrupp-prozess zu erreichen (High Performance Cutting), während die HFC-Bearbeitung ihren aktuellen Aufschwung im Schlichtbereich findet. In diesem Sektor gibt es noch sehr viel Einsparungspotenzial aufgrund teilweise extrem langer Bearbeitungszeiten im 3D- Bereich.

Nachdem die Einladungen mit diesen Themenschwerpunkten bei den Kunden eintrafen, verzeichneten wir teilweise Anmeldungen im Minutentakt. Aus einem geplanten Tag, wurden schnell zwei. Selbst zwei weitere Veranstaltungstage im südlichen Produktionswerk von INGERSOLL in Horrheim waren restlos ausgebucht. Somit war Eines klar, die Anwender sind sehr an neuen Strategien, Möglichkeiten und Lösungen interessiert.

Anpassung des Bahnabstands bei gleichbleibenden Vorschubwerten.

Nach einer kurzen Unternehmensvorstellung der Kooperationspartner wurde das neue Waveform- Schruppen von WorkNC vorgestellt. Die Strategie bietet sich sowohl für 2D-Operationen als auch für 3D-Bereiche an und ist vom Handling her nicht schwieriger als eine Z-Konstante Schruppstrategie. Der große Vorteil der Waveform-Strategie ist die variable Anpassung des Bahnabstands, sodass immer gleiche Eingriffsbedingungen für das Werkzeug herrschen. Der Fräsvorschub bleibt hingegen unberührt von der Anpassung und bietet somit auch dem Maschinenbediener eine einfache Möglichkeit, Änderungen im Programm vorzunehmen.

Der konstante Schnittbogen ermöglicht natürlich bestmögliche Standzeiten bei maximalen Schnittwerten mit Vollhartmetallwerkzeugen. Hier ist eine Verdopplung der Standzeiten keine Seltenheit, aber auch die Prozesssicherheit lässt sich mit dieser Strategie deutlich verbessern. Die Kombination aus den höher einsetzbaren Schnittdaten und optimal generierten Fräswegen, welche Abhebebewegungen und Leerschnitte vermeiden, bringt dem Anwender im Vergleich zu konventionellen Methoden oftmals 50 - 60% Zeitersparnis. Aber auch in schwer zerspanbaren Werkstoffen stellt eine solche Strategie oftmals einen echten Problemlöser dar, weil in diesen Werkstoffen wechselnde Belastungen oder gar Vollschnitte möglichst vermieden werden sollten. Auch in Verbindung mit anderen Werkzeugkonzepten (z.B. Walzenstirnfräsern) konnte INGERSOLL bereits Erfolge erzielen.

Bild 3: Durch das Berücksichtigen der tatsächlichen Werkzeuggeometrie ist ein konturtreues Schlichten problemlos möglich. Die Restmaterialerkennung zur Schrupp- und Vorschlichtbearbeitung erfolgt ebenfalls anhand des eingesetzten Profils

Bauteilvermessung direkt in der Fräsmaschine

Um im Anschluss an die Live-Zerspanung auch genau nachweisen zu können, dass das Bauteil die geforderten Toleranzen erfüllt, kam nun der dritte Partner, m&h Inprocess Messtechnik GmbH mit seiner Messsoftware „3D Form Inspect“ zum Einsatz. Nach Import des Volumenmodells ist es mit der Software möglich, nach Belieben Messpunkte durch einfaches Anklicken zu erstellen und diese anschließend direkt in der Fräsmaschine automatisch zu vermessen. Es ist unkompliziert, geht schnell und man kann das Bauteil direkt in der Aufspannung auf der Maschine vermessen, um gegebenenfalls direkt Nacharbeiten zu können. Während dem gesamten Messprozess ist der Taster kollisionsüberwacht und direkt nach dem Abtasten der Messpunkte stehen die Ergebnisse dem Bediener zur Verfügung, und dieser kann ohne Aufwand ein Messprotokoll davon erstellen.

Bild 2: Schnell zum Messergebnis, am Bildschirm oder als ausgedrucktes Messprotokoll

Hochvorschubwerkzeuge zum Vor- und Fertigschlichten

Im zweiten Teil des Workshops dreht sich nun alles um die Bearbeitung mit Hochvorschubwerkzeugen
(HFC). Diese Werkzeuge haben mittlerweile im Werkzeug- und Formenbau einen sehr hohen Stellenwert eingenommen. WorkNC ermöglicht schon seit einigen Jahren, das Rohteilmodell basierend auf der realen Hüllkurve des Hochvorschubwerkzeugs zu berechnen. Jetzt ist es mit der neuen Version 2017 gelungen, diese Geometrien auch zum Vor- und Fertigschlichten einzusetzen. Hinter diesen neuen Strategien verbirgt sich die Mathematik der „Advanced Toolform“ von WorkNC, welche bewirkt, den Kontaktpunkt zwischen Schneide und Werkstück simultan verrechnen zu können. Zudem können beliebig konkave Werkzeugformen eingesetzt werden. Auch die Berechnung mit positivem und negativem Aufmaß ist möglich. Durch die Nutzung von Hochvorschubwerkzeugen können bei vielen 3D-Bauteilen deutliche Ersparnisse in der Bearbeitungszeit realisiert werden. Vorrangig eignet sich diese Strategie für Bauteile mit flacherer Konturbeschaffenheit, (z.B. Blechumformwerkzeuge o.ä.), aber durch die Möglichkeit der variablen Anstellung des Werkzeugs zum Werkstück kann man mit dieser Strategie auch viele der übrigen Bereiche bearbeiten.

Bild 4: Das effektive Werkzeugprofil kann standardmäßig in den unterschiedlichsten Formaten eingepflegt werden und über die Werkzeugbibliothek standardisiert werden

Beim zweiten Praxisteil des Workshops entschied man sich für den Ausschnitt eines Blechumformwerkzeugs aus GGG50. Im ersten Schritt wurde die Vorschlichtoperation mit den konventionellen Möglichkeiten, also Kugel- oder torischen Fräsern, dargestellt und direkt in Vergleich gesetzt. Wir konnten den Teilnehmern des Workshops hierbei eine Zeitersparnis von ca. 80 % theoretisch und praktisch darstellen.

Bild 5: Live-Demo zum Thema HPC-Fräsen. Die zuvor theoretisch vermittelten Punkte, werden am Praxisbauteil im Technologiecenter von Ingersoll nochmals verdeutlicht

Im Anschluss wurde das Bauteil komplett mit einem dreischneidigen Hochvorschubwerkzeug im Durchmesser von 16 mm fertig geschlichtet. Auch hierbei wurde das Potenzial dieser Strategie und der Werkzeuge nochmals verdeutlicht, indem die Bearbeitungszeit halbiert werden konnte. Dieses enorme Einsparpotenzial ist grundsätzlich auf zwei Aspekte zurückzuführen: Zum einen kann man natürlich wesentlich höhere Vorschübe realisieren, zum anderen aber auch größere Bahnabstände als z.B. mit Kugelfräsern wählen.

Bild 6: Kleiner Auszug aus dem Ingersoll Werkzeugprogramm. Mit diesen Werkzeugen wurde während dem Workshop gearbeitet (Werkbilder: Ingersoll Werkzeuge GmbH, Haiger)

Abweichungen von einem hundertstel Millimeter.

Zum Abschluss des Workshops wurde auch dieses Bauteil wieder mit der 3D Form Inspect Software vermessen. Die Teilnehmer staunten nicht schlecht, das Ergebnis waren Konturabweichungen von maximal einem hundertstel Millimeter.

Patentierte Kalibrierstrategie „Höchste Präzision“

Hierbei werden nach jeder Achsbewegung die Antastvektoren an der Kalibrierkugel kalibriert. Dieses Verfahren ist durch m&h Inprocess Messtechnik GmbH patentiert. Es werden exakt die Punkte und Antastvektoren kalibriert, welche auf dem 3D-Modell als Messpunkte gesetzt wurden. Messpunkte mit gleichen Antastvektoren werden nur für den Vektor kalibriert und dann verrechnet.

Um geschlichtete Oberflächen in einer optimalen Qualität zu erzeugen, ist eine schnelle, dynamische und genaue Maschine Grundvoraussetzung. Mit der Hermle C42 im Tech-Center von INGERSOLL ist das natürlich kein Problem.

www.ingersoll-imc.de

www.mh-inprocess.com