Das Geschick der Mikrometerspaltung
Hochgenaue Spannzeugfertigung bei Diebold
Seit 1975 hört man immer wieder das Sprichwort, dass man versucht, ›das my zu spalten‹. Natürlich möchte man Produkte herstellen die my-genau sind, aber in der Vergangenheit war dieser Spruch eher eine Verlegenheitsfloskel, da man eben diese Genauigkeit in der Werkzeugbranche oder bei Werkzeugmaschinen nicht erreicht hat. Das Unternehmen Diebold ist jetzt genau dort angekommen, wo die Branche schon seit Jahrzehnten hin möchte, nämlich Spannzeuge in Serie herzustellen bei denen der Rundlauf unter 1 my liegt. Dazu waren aber einige technische Kraftakte nötig.
Coole Fertigung
Ein klimatisierter Messraum der Güteklasse ›2‹ und eine Messmaschine vom Typ ›PMMC‹ von Leitz helfen bei Diebold, dass das Spalten des Mikrometers auch weiterhin Routine bleibt.
Stete Evolution ist man in der Technik ja gewohnt, aber oft kommt man nur in kleinen Schritten voran. Viele Faktoren haben Einfluss auf technologische Sprünge und müssen sich zeitgleich ergänzen, damit etwas ganz Neues erreicht werden kann. Aus Science-Fiction-Filmen kennt man, was die menschliche Fantasie gerne hätte, für die Umsetzung solcher Ideen ist aber immer die Technik zuständig. Ein Beispiel aus der Welt des Fräsens ist die Entwicklung der Drehzahlen.
In den 1980er Jahren war die Fräsmaschine mit 4 500 U/min das erreichbare Maximum. Über viele Jahre gab es keinen entscheidenden Fortschritt. Erst die moderne CNC-Steuerung brachte neues Leben in den Maschinenbau. Konnte man damit doch tatsächlich schon „um eine Ecke fräsen“, ohne an Handrädern drehen zu müssen.
Leider sind die Programmierer „moderner“ Software der Hardware weit hinterher: Selbst heute noch müssen hoch entwickelte Maschinen mit einem Aufwand programmiert werden, der als eher steinzeitlich zu bezeichnen ist.
Hochpräzise
Elektronische Messverfahren garantieren eine sichere Aussage zur Qualität des gefertigten Teils. Zehn Teilstriche an diesem Messgerät ergeben erst ein Mikrometer!
Einige Jahre lang hat sich bei den Fräsmaschinen wenig getan, erst mit dem Aufkommen leistungsfähigerer CNC-Steuerungen konnte man die nächsten Schritte für schnellere Maschinenbewegungen oder mehrachsiges Bearbeiten machen. Aber dann ging´s richtig los. Von einer Messe zur anderen wurden neuere, bessere Konzepte vorgestellt, was so manchen zur Aussage verleitet hat, dass die letzte Fräsmaschine noch lange nicht erfunden ist. Und das gilt auch heute noch, nachdem die Zerspanungstechnik im Zeitalter der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und der Mikro-Bearbeitung angekommen ist. Ständig werden verbesserte und noch genauere Maschinen vorgestellt.
Mit diesem Technikwandel werden aber immer bessere Werkzeug-Spannsysteme und Schneidwerkzeuge benötigt. Auch bei den Werkzeugen gilt das eben gesagte: Immer bessere Werkstoffe, Geometrien und Beschichtungen machten Hochleistungs-Präzisionswerkzeuge erst möglich. Diese Branche ist parallel zu den Maschinenentwicklungen innovativ durchgestartet. Bei den Spannsystemen wurde vom Steilkegel auf den HSK-Kegel umgestellt – eine weltweit anerkannte Lösung, die vielleicht nicht die technisch perfekteste Lösung darstellt, aber immerhin zum Standard wurde.
HSK-Kegel müssen sehr genau gefertigt werden. Sie sind überbestimmt und müssen durch die Werkzeugeinzugskraft verformt werden, damit das Werkzeug auf Plananlage gezogen wird. Wenn der Spindel- und der Werkzeugkegel an der oberen ISO-Toleranz sind, gehen 35 Prozent der Spannkraft gegen die Plananlage verloren. In diesem Fall werden Prozesse spätestens in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung instabil und das Werkzeug fängt an zu schwingen. Schlechte Oberflächen und schlechte Standzeit der Werkzeuge sind die Folge. Langfristig wird auch die Lagerung der Spindel durch diese Vibrationen Schaden nehmen. Sind jedoch alle Toleranzen optimal, dann kann man mit der HSK-Schnittstelle in Genauigkeitsbereiche unter einem Mikrometer vorstoßen. Eine Tatsache, von der man früher nur träumen konnte.
Einteilige Werkzeughalter lassen sich heute in einer Rundlaufgenauigkeit von 3 my problemlos automatisiert herstellen. Schrumpffutter sind bewährte und hochgenaue Spannmittel. Seit es moderne induktive Schrumpfgeräte für das Ein- und Ausspannen der Werkzeuge gibt, sind diese Spannmittel sehr erfolgreich im Einsatz. Die Bohrungsdurchmesser beginnen allerdings bei der Schrumpftechnik erst bei drei Millimeter, bei kleineren Durchmessern ist ein sicherer Schrumpfprozess nicht mehr möglich.
Wenn aber Werkzeugschäfte unter drei Millimeter gespannt werden müssen oder wenn eine gewisse Dämpfung beim Schneidprozess erforderlich ist, bleiben dem Anwender nicht mehr viele Alternativen. Klar kennt man seit Jahrzehnten Spannzangenfutter der verschiedensten Ausführungen, die recht gut sind im Rundlauf des Gesamtsystems, aber bei weitem nicht ausreichend für Hochgenauigkeitsanwendungen sind.
Stets erste Wahl
Ob Spannzange oder Schrumpftechnik, von Diebold gibt es immer höchste Qualität durch eine perfekte Fertigung.
Genau hier setzt der technische Fortschritt an, um Spannzangenfutter einer neuen Genauigkeitsklasse herzustellen. Beispielsweise bietet das Unternehmen Diebold ein speziell gefertigtes Spannzangenfutter-System unter dem Namen ›CentroGrip‹ an, bei dem der Futterkörper laut Produktionsvorgabe eine Rundlaufgenauigkeit von unter einem Mikrometer haben muss und die speziell für dieses System gefertigten Spannzangen ebenfalls diese Genauigkeit haben müssen. Das ganze wird mit einer Spannmutter verspannt, die so gefertigt ist, dass sie den Rundlauf des Gesamtsystems nicht verschlechtert, mithin am Fräserschaft, im Abstand von 3xd gemessen, garantiert ein Rundlauf von unter drei Mikrometer zur Verfügung steht.
Es gibt bereits verschiedene Systeme auf dem Markt die diese Rundlaufgenauigkeit versprechen, aber die Anwender in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung oder der Mikrobearbeitung können am Werkstück erkennen, wo die Unterschiede der zu vergleichenden Systeme sind. Wie kann man also diese Genauigkeit an einem Spannzangenfutter herstellen? Dazu ist es notwendig, in einer perfekt klimatisierten Umgebung zu arbeiten. Dies ist bei Diebold seit 2006 gegeben.
Schon damals wurde in eine energiesparende, voll klimatisierte Fertigung investiert und zusätzlich für die Temperierung des Kühlmittels aller Maschinen gesorgt. Doch wenn nur die Luft-Temperatur der Produktionshallen konstant bei 21 Grad Celsius liegt, ist das nicht ausreichend, eine Genauigkeit am Werkstück von unter einem Mikrometer zu erreichen. Daher müssen auch Maschinen und Messmittel der Temperierung unterworfen werden, um dies zu schaffen.
Bei Diebold kann man wunderbar vergleichen, was in den alten Hallen an Genauigkeit erzeugt werden kann und was dazu im Vergleich in der klimatisierten Umgebung möglich ist. Es handelt sich dabei wirklich um einen Quantensprung.Sind erst einmal die klimatischen Voraussetzungen gegeben, beginnt die echte Herausforderung: Die notwendige Technologie bereitzustellen, mit der man Rundläufe von unter einem Mikrometer zu vertretbaren Kosten herstellen kann. Das Ziel bei Diebold war es von Anfang an, mit marktüblichen Schleifmaschinen diese Ergebnisse erzielen zu können.
Diese präzisen Maschinen gibt es, die Kunst liegt jedoch darin, den Schleifprozess und die notwendigen Vorrichtungen so zu entwickeln, dass in der Serienproduktion höchste Rundlaufgenauigkeit sicher erreicht wird. Dies hat bei Diebold auch nicht gleich am ersten Tag funktioniert, aber basierend auf jahrzehntelanger Erfahrung in der Herstellung von Hochgenauigkeits-Spannzeugen und hochgenauen Spindeln waren die Voraussetzungen gegeben, auch diese Hürde zu nehmen.
Messtechnik mit Klasse
Diebold fertigt hochpräzise Messmittel für seine Spannzeuge selbst. Auf diese Weise ist korrektes Messen sichergestellt.
Die dafür notwendige Mess- und Prüftechnik kann man am Markt problemlos beschaffen, die Sicherstellung der Messergebnisse und die notwendige Dokumentation sind aber ein entscheidender Faktor für die tatsächlich erzielbaren Genauigkeiten. Diebold stellt Messgeräte und vor allem Einstellmeister für das Messen von Spindelkegeln und Werkzeugkegeln daher selber her. Es handelt sich um Mehrstellen-Messgeräte, mit denen durch Vergleichsmessung mit einem Einstell-Meister die entscheidenden Funktionsmaße eines Werkzeugkegels vermessen werden.
Für diese Messgeräte stellt Diebold ebenfalls die Einstellmeister her. Seither ist das Unternehmen auf dem nötigen messtechnischen Niveau, um Genauigkeiten unter 1 my dokumentieren zu können. Aus dieser Entwicklung heraus wurden professionelle Techniken installiert, mit denen jederzeit nachgeprüft werden kann, ob Messgeräte von Diebold, die für die Herstellung der eigenen hochgenauen Spannzeuge verwendet werden, auch richtig messen. Mit anderen Worten: Das Unternehmen kann nachweisen, dass ein gemessenes my auch ein my ist.
Dafür waren einige Investitionen notwendig. Für die Kegelmessung musste die Rückführbarkeit auf Bezugsnormale des DKD (Deutscher Kalibrierdienst) installiert werden. Für die Zertifizierung von Messdornen wurde in die neueste Technik der Formmessung investiert: Ein Feinmessraum der Güteklasse ›2‹ mit einer Messmaschine des Typs ›PMMC‹ von Leitz steht dafür zur Verfügung. Die Temperaturkonstante in diesem Messraum ist vorbildlich mit ± 0,5 Grad Celsius inklusive überwachter Feuchtigkeitsregelung. Bei den elektronischen Rundlaufprüfgeräten wird heute tagtäglich im Auflösungsbereich von 0,1 my gearbeitet. Sicher keine Selbstverständlichkeit, denn bisher war das Unternehmen gewohnt, im Bereich von 1 bis 5 my unterwegs zu sein.
Und genau hier sind wir beim ›Spalten des my‹ angelangt. Früher nur eine Wunschvorstellung, über die ungläubig der Kopf geschüttelt wurde, unter Laborbedingungen sicher erreichbar und messbar, in der Serienproduktion aber war der Wunsch Vater des Gedanken.Darüber hinaus erfolgt die Messung der hochgenauen Spannzangenfutter nicht nur mit einer Rundlaufprüfmethode, sondern es kommen bei Diebold gleich drei Überprüfungs-Methoden zur Anwendung, um sicherzustellen, dass der angestrebte Rundlauf auch wirklich gegeben ist und dokumentiert werden kann. Diese innovative Messtechnik macht es in Verbindung mit einer hochmodernen Fertigung dem Unternehmen Diebold heute möglich, tatsächlich das Mikrometer zu spalten. Doch geht das Ganze nur mit bestens ausgebildeten Mitarbeitern, die genau dieses Können draufhaben. Darauf ist Diebold besonders stolz.
Spitzenqualität
Die hochpräzisen CentroGrip-Futter von Diebold sind ein Ergebnis des Bestrebens, "das Mikrometer zu spalten". Das Produkt sorgt für maximale Fräserstandzeit und glänzt mit hoher Flexibilität.
Mehr Informationen zu Diebold:
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Diebold Goldring Werkzeuge GmbH & Co. |
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An der Sägmühle 4 |
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72417 Jungingen |
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Telefon 07477 871-0 |
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Fax 07477 871-30 |
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E-Mail: kontakt@hsk.com |
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www.hsk.com |
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