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Kann man das µ spalten?
Wenn ja, warum und weshalb?
Von: Hermann
Werkzeugfabrik
Diebold,
GF
Helmut
Diebold
Goldring-
Seit 1980, also seit ich in der Werkzeugbranche
tätig bin, hörte ich immer wieder das Sprichwort,
dass man versucht „das µ zu spalten“. Natürlich
möchte man Produkte herstellen die µ-genau
sind, aber in der Vergangenheit war dieser
Spruch eher eine Verlegenheitsfloskel, weil man
eben diese Genauigkeit in der Werkzeugbranche oder bei Werkzeugmaschinen nicht hinbekommen hat.
Wie klein doch ein µ ist
Wir bei Diebold sind jetzt aber genau dort
angekommen, wo wir schon seit Jahrzehnten
hinwollen, nämlich Spannzeuge in Serie
herzustellen bei denen der Rundlauf unter 1 µ
liegt. Dazu waren aber einige Veränderungen
nötig, sowohl bei der Maschinentechnik als auch
der Gebäudetechnik. Und nicht zuletzt bei der
Messtechnik.
Stete Evolution sind wir 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 kennen wir was die menschliche
Fantasie sich ausdenken kann, 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 80er Jahren
war die Fräsmaschine mit 4500 U/min das
erreichbare Maximum. Über viele Jahre gab es
keinen entscheidenden Fortschritt. Mit ein
bisschen CNC Steuerung konnte man doch
tatsächlich schon um eine Ecke rumfräsen ohne
an Handrädern drehen zu müssen. Und hier
gleich ein Seitenhieb an die Entwickler
moderner Software: Leider muss man auch
heute noch hochentwickelte Maschinen mit
einem Aufwand programmieren, der als eher
steinzeitlich zu bezeichnen ist.
Einige Jahre lang hat sich bei den
Fräsmaschinen fast nichts getan, erst mit dem
Aufkommen schnellerer Steuerungen konnte
man die nächsten Schritte für schnellere
Maschinenbewegungen oder mehrachsiges
Arbeiten tun. Aber dann ging es richtig los. Von
einer Messe zur anderen wurden neuere,
verbesserte Konzepte vorgestellt, was mich
schon vor Jahren zu der Aussage verleitet hat,
dass die letzte Fräsmaschine noch lange nicht
erfunden ist. Und das gilt auch heute noch,
nachdem wir im Zeitalter der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und der Mikro-Bearbeitung
angekommen sind. Ständig werden verbesserte
und noch genauere Maschinen präsentiert.
Mit diesem Technikwandel werden aber auch
bessere Werkzeug-Spannsysteme und Schneidwerkzeuge benötigt. Auch bei den Werkzeugen
gilt das oben gesagte. Immer weiter verbesserte
Schneidstoffe, Geometrien und Beschichtungen
machten
Hochleistungs-Schneidstoffe
erst
möglich. Auch diese Branche ist parallel zu den
Maschinenentwicklungen innovativ durchgestartet.
Bei den Spannsystemen kam der Umstieg vom
Steilkegel auf den HSK Kegel. Der HSK Kegel
Helmut Diebold GmbH & Co. • An der Sägmühle 4 • D-72417 Jungingen • Telefon (0 74 77) 871-0 • Telefax (0 74 77) 871-30 • E-Mail: [email protected] •
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ist weltweit anerkannt, vielleicht nicht die
technisch perfekteste Lösung, aber immerhin
wurde er zum Standard erhoben und ist damit
für jedermann nutzbar.
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 Spindelkegel an der
oberen ISO Toleranz ist und auch der
Werkzeugkegel, dann gehen 35% 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.
Hochgeschwindigkeitsspindel
HSK Spannfutter
Sind aber alle Toleranzen optimal vorhanden
dann kann man mit der HSK-Schnittstelle in
Genauigkeitsbereiche unter einem µ vorstoßen
von denen man früher nur träumen konnte.
HSK Kegel gelöst-gespannt
Einteilige Werkzeughalter lassen sich heute in
einer Rundlaufgenauigkeit von 3 µ problemlos
automatisiert und daher auch preiswert
herstellen.
Das
gilt
insbesondere
für
Schrumpffutter.
Diese
sind
bewährte
hochgenaue Spannmittel. Seit es moderne
induktive Schrumpfgeräte für das Ein- und
Ausspannen der Werkzeuge gibt, sind diese
Spannmittel auch problemlos handhabbar und
damit sehr erfolgreich im Einsatz. Die
Bohrungsdurchmesser beginnen allerdings bei
der Schrumpftechnik erst bei 3 mm, bei
kleineren Durchmessern ist ein sicherer
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Schrumpfprozesse nicht mehr möglich. Wenn
aber Werkzeugschäfte unter 3 mm gespannt
werden müssen oder wenn man eine gewisse
Dämpfung beim Schneidprozess erreichen
muss, 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.
Hier genau setzt der technische Fortschritt an
um Spannzangenfutter einer neuen Genauigkeitsklasse herzustellen. Diebold bietet ein
speziell gefertigtes Spannzangenfutter-System
unter dem Namen CentroGrip® an, bei dem der
Futterkörper laut Produktionsvorgabe eine
Rundlaufgenauigkeit <1µ haben muss und die
speziell
für
dieses
System
gefertigten
Spannzangen ebenfalls eine Genauigkeit <2µ
haben müssen. Das Ganze wird mit einer
Spannmutter versehen die so gefertigt ist, dass
sie den Rundlauf des Gesamtsystems nicht
verschlechtert damit am Fräserschaft in 3xd
gemessen, ein Rundlauf von <3µ garantiert zur
Verfügung steht.
können
durch
die
Verwendung
von
hochpräzisen Spannmitteln lässig Standzeitverdoppelungen der hochwertigen und teuren
Zerspanungswerkzeuge erreicht werden. So
macht sich eine Investition in diese
hochgenauen Systeme -die nur unwesentlich
teurer sind als klassische Spannzangenfutter –
oft bereits nach 4-5 Werkzeugwechseln bezahlt.
Spannzangenfutter haben ein hervorragendes
Dämpfungsverhalten:
Wenn dieses Dämpfungsverhalten nun noch mit
hervorragendem Rundlauf, mit maximaler
Spannkraft
und
Tauglichkeit
für
die
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gepaart wird,
dann hat man den größtmöglichen Nutzen und
verbesserte Zerspanungsergebnisse erreicht.
Hier hat nun die Firma DIEBOLD mit ihrem
hochpräzisen CentroGrip® - Präzisionsspannzangenfutter das passende Produkt. Dazu
benötigt man hochwertige Fertigungs- und
Messeinrichtungen,
muss
die
richtigen
Materialien verwenden und vor allem die
aufwendigen Härte- und künstlichen Alterungsprozessen beherrschen um Aufnahmen mit
einer max. Rundlauftoleranz von ≤ 1µ in
gleichbleibender Qualität in Serie herzustellen.
CentroGrip® Spannzangenfutter
CentroGrip® Spannzangenfutter
Welchen Einfluss haben Haltekräfte, Rundlauf,
Schwingungsdämpfung oder das Handling
meiner Spannmittel auf die Lebenszeit der
Werkzeuge, das Bearbeitungsergebnis und
ggfs. sogar auf das Betriebsergebnis? Hier
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www.hsk.com
CentroGrip® Präzisionsspannzange
Die Hochpräzisions-Spannzangen und die
Spannmuttern, müssen besonders präzise
hergestellt werden damit sie den Rundlauf des
Gesamtsystems
beim
Spannen
nicht
beeinträchtigen. CentroGrip® Spannmuttern
sind symmetrisch aufgebaut und haben keine
Spannflächen. Dadurch erzeugen sie keine
unerwünschte Unwucht und sind deshalb auch
für
die
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
bestens geeignet.
Produktionshallen konstant bei 21°C liegt, ist
das nicht ausreichend eine Genauigkeit am
Werkstück von unter einem µ zu erreichen.
Ohne Temperierung der Maschinen und
Messmittel ist das nicht zu schaffen. Bei Diebold
kann man wunderbar vergleichen was in den
alten Hallen an Genauigkeit erzeugt werden
konnte und was dazu im Vergleich in der
klimatisierten Umgebung möglich ist. Es handelt
sich
dabei
um
einen
sprichwörtlichen
Quantensprung.
Unsere Fertigungshallen mit Klimahalle (rechts)
CentroGrip® ist das perfekte Spannmittel für
Anwender die eine Verbesserung ihrer
bisherigen Zerspanungsergebnisse anstreben.
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
solchen Spannzangenfuttern 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, vollklimatisierte
Fertigung investiert und zusätzlich für die
Temperierung des Kühlmittels aller Maschinen
gesorgt. Wenn nur die Luft-Temperatur der
Sind
erst
einmal
die
klimatischen
Voraussetzungen gegeben beginnt die echte
Herausforderung, nämlich die notwendige
Technologie bereitzustellen mit der man
Rundläufe von unter einem µ zu vertretbaren
Kosten herstellen kann. Das Ziel bei Diebold war
es von Anfang an, mit marktüblichen
Schleifmaschinen diese Ergebnisse erzielen zu
können. Diese Maschinen gibt es, aber die
Kunst liegt darin, den Schleifprozess und die
Vorrichtungen so zu entwickeln, dass in der
Serienproduktion
diese
hohe
Rundlaufgenauigkeit auch 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.
Die dafür notwendige Mess- und Prüftechnik
kann man am Markt ebenfalls beschaffen, die
Sicherstellung der Messergebnisse und die
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notwendige Dokumentation sind aber ein
entscheidender Faktor für die tatsächlich
erzielbaren Genauigkeiten.
HSK Einstellmeister
Aus dieser Entwicklung heraus haben wir
professionelle Techniken installiert mit denen wir
jederzeit nachprüfen können, ob unsere
Messgeräte, die wir für die Herstellung der
hochgenauen Spannzeuge verwenden, auch
richtig messen. Mit anderen Worten: Wir können
nachweisen dass ein gemessenes µ auch ein µ
ist.
HSK-Messgerät aus eigener Produktion
Diebold stellt Messgeräte und vor allem
Einstellmeister
für
das
Messen
von
Werkzeugkegeln und Spindelkegeln her. Es
handelt sich um Mehrstellen-Messgeräte mit
denen durch Vergleichsmessung mit einem
Einstell-Meister alle Funktionsmaße eines
Werkzeugkegels vermessen werden.
Für
die
Kegelmessung
musste
die
Rückführbarkeit auf Bezugsnormale des DKD
(Deutschen Kalibrierdienstes) installiert werden.
Für die Zertifizierung von Messdornen wurde in
die neueste Technik der Formmessung investiert. Ein Feinmessraum der Güteklasse 2 mit
Messmaschinen mit einer Genauigkeit von 0,4
µm steht zur Verfügung. Die Temperaturkonstante in diesem Messraum ist vorbildlich mit
+/- 0,5 Kelvin und überwachter Luftfeuchtigkeitsregelung.
Auch die Einstellmeister für unsere Messgeräte
werden bei uns im Hause hergestellt und sind
seither auf dem messtechnischen Niveau um
Genauigkeiten unter einem µ dokumentieren zu
können.
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Diebold drei verschiedene ÜberprüfungsMethoden zur Anwendung, um sicherzustellen,
dass der angestrebte Rundlauf auch wirklich da
ist und dokumentiert werden kann.
Messmaschine für Master-Kalibrierung
Mit unseren elektronischen Rundlaufprüfgeräten
arbeiten wir heute im Auflösungsbereich von 0,1
µm, also jeder angezeigte Teilstrich entspricht
0,1 µ. Sicher keine Selbstverständlichkeit denn
wir waren es bisher gewohnt, im Bereich von 1-5
µm unterwegs zu sein.
Diese Messtechnik in Verbindung mit einer topmodernen Fertigung macht es uns heute
möglich, tatsächlich das µ zu spalten. Aber das
Ganze geht nur mit bestens ausgebildeten
Mitarbeitern. Über 70% unserer Mitarbeiter
haben bei uns ihre Lehre gemacht und kennen
die
Genauigkeitsanforderungen
und
die
dazugehörigen Prozesse sehr genau. Und
genau auf dieses Können bin ich besonders
stolz.
Wenn auch Sie von dieser hohen Qualität
profitieren möchten sind Sie jederzeit herzlichst
eingeladen sich auch vor Ort in Jungingen von
unserer Leistung zu überzeugen. Transparenz
und Offenheit gehören ebenso zu unserem
Credo wie bester Service und beste Betreuung
unserer Kunden.
Es grüßt Sie herzlichst
Ihr Hermann Diebold
Rundlaufprüfung
Und genau hier sind wir beim „Spalten des µ“
angelangt. Früher nur eine Wunschvorstellung
über die wir ungläubig den Kopf geschüttelt
haben,
unter
Laborbedingungen
sicher
erreichbar und messbar, aber in der
Serienproduktion war der Wunsch Vater des
Gedanken.
Die Messung der hochgenauen Spannzangenfutter erfolgt auch nicht nur mit einer
Rundlaufprüfmethode, sondern es kommen bei
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