Paradigmenwechsel beim Schruppfräsen

Aufgrund des enormen Kostendrucks des Weltmarktes auf Europa ist es zwingend notwendig, konventionelle Bearbeitungsstrategien, insbesondere beim Schruppen von schwer zerspanbaren Materialien, zu überdenken und neue Wege zu finden. Das ProfitMilling, wie die trochoidale Bearbeitung von DP Technology genannt wird, zeigt dabei neue Wege beim Schruppfräsen. Gefordert sind nicht nur die Anwender aufgrund des stetig steigenden Kostendrucks, sondern auch Maschinen- und Werkzeughersteller.

„Mit trochoidalem Schruppfräsen wird die Bearbeitung von schwer zerspanbarem Material auf eine neue Ebene der Bearbeitung gehoben“, sagt Patrick Burgun, Manager für die

„Beim trochoidalen Schruppen können Maschinen bis zur Leistungsgrenze gefahren werden, ohne das Spannsystem oder die Werkzeuge zu gefährden.“
Patrick Burgun, Manager bei DP Technology Germany

CAM-Software Esprit von DP Technology. Begonnen hat die Thematik beim Werkzeughersteller Paul Horn GmbH aus Tübingen vor etwa drei Jahren, als der Kontakt zwischen Horn und Esprit zustande kam. Esprit ist die CAM-Software, die von DP Technology vertrieben wird.

Das sagt die Redaktion

Frässtrategie mit Pfiff

Zeit ist Geld, gerade in der zerspanenden Fertigung ist das ein wichtiger Faktor, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Trochoidales Fräsen bricht mit alten Traditionen und bietet eine enorme Zeitersparnis. Das funktioniert allerdings nur beim Schruppen. Hier kann sowohl bei Aluminium als auch schwer zerspanbaren Metallen mit hohen Zustelltiefen gefahren werden. Durch die Taumelbewegung des Werkzeugs wird sowohl das Werkzeug selbst, als auch die Maschine geschont. Daher eignet sich das Verfahren auch für leistungsschwächere Maschinen und für eine Vielzahl verschiedenster Bauteile. Allerdings ist selbst in Deutschland die CAM-Programmierung noch nicht flächendeckend, so manche Einsparung lässt sich daher noch gar nicht nutzen. Das Potenzial ist vorhanden, jetzt muss es nur noch genutzt werden.
Martin Droysen

Für schwer zerspanbare Materialien

Bei der trochoidalen Bearbeitung im Beispiel wird ein Alublock mit 20 mm Eingriffstiefe zerspant.

Das trochoidale Fräsen wurde ursprünglich für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien entwickelt, kann aber auch bei anderen Materialien wie im Beispiel zur Bearbeitung von Gehäusedeckel aus Aluminium genutzt werden.

Speziell für Alu-Bauteile mit geringen Wandstärken eignet sich das Verfahren.

„Das Thema trochoidales Fräsen ist inzwischen auch in das Schulungsangebot der Horn-Akademie aufgenommen worden“, erläutert Andreas Jenter, Technische Beratung und Verkauf bei Horn. Zudem wurde bei Horn die Zahl an Außendienstmitarbeiter und Anwendungstechniker in Deutschland von vormals 40 auf aktuell 67 aufgestockt. Neu bei Horn aufgestellt sind produktverantwortliche Mitarbeiter, die beim Anwender eng mit den Anwendungstechnikern zusammenarbeiten und eine für die jeweilige Anwendung optimale Bearbeitungsstrategie

Das Gehäuse wird im Beispiel aus einem Aluminiumblock gefräst.
Bilder: werkzeug&formenbau

ausarbeiten, inklusive trochoidal, sofern erforderlich.

Für Burgun ist das von Esprit patentierte ProfitMilling eine neue Art des Schruppens, um mit einer einfachen und schnellen CAM-Programmierung qualitativ hochwertige und präzise Produkte herzustellen: „Diese Strategie erlaubt eine Schruppbearbeitung, die intelligentere und effizientere Werkzeugwege erstellt. Mit dieser kann mehr Material in einer kürzeren Zeit entfernt werden ohne jeglichen Qualitätsverlust.“ Die ProfitMilling-Strategie kombiniert Eingriffswinkel, Zerspanungsvolumen, seitlichen Schnittdruck und Maschinenbeschleunigung zu einer fortschrittlichen Technologie für ein optimales Ergebnis.

Zeiten wurden deutlich verkürzt

Trochoidales Fräsen eignet sich auch für Bauteile mit schmalen Stegen, da weniger Vibrationen entstehen.

Im Beispiel dauerte das traditionelle Schruppfräsen 3 h, 24 min, 13 s. Mittels ProfitMilling konnte diese Zeit mit lediglich noch 40 min, 35 s deutlich unterboten werden. „Die Zeiten beinhalten das komplette Bauteil auf beiden Seiten und nur die Schruppbearbeitungen, bei denen zwischen traditionellem Schruppen und ProfitMilling ausgewählt werden kann“, beschreibt Simon Beck, Leiter Vorführzentrum bei Horn, die ermittelten Daten. Schlichtbearbeitungen, Bohrungen und Gravuren sind nicht enthalten. Speziell Alu-Bauteile mit geringen Wandstärken sind, so Beck weiter, durch das verminderte Auftreten von Vibrationen beim trochoidalen Schruppen sehr gut geeignet.

Der Hochgeschwindigkeitsschruppzyklus ProfitMilling ermöglicht eine größere Tiefenzustellung bei gleichzeitig erhöhtem Vorschub. Statt nur einen Bearbeitungsparameter zu kontrollieren, überwacht das Verfahren verschiedene wichtige Schnitt- und Maschineneigenschaften. Der Werkzeugweg wird aus Zerspanungsvolumen und seitlichem Schnittdruck errechnet, hält aber den Werkzeugeingriffswinkel und den Materialabtrag in einer definierten Bandbreite.

Trends µ-genau

Vorteile durch trochoidales Fräsen

• Reduzierung der Zykluszeit gegenüber traditionellem Taschenfräsen um bis zu 75 Prozent
• Erhöhung der Werkzeugstandzeit gegenüber traditionellem Taschenfräsen um bis zu 500 Prozent
• verkürzte Programmierzeit
• weniger Energieverbrauch aufgrund der geringeren Maschinenzykluszeit
• Produktivitätsverbesserung auch für Maschinen mit geringer bis mittlerer Spindelleistung
• verfügbar für 2-, 5-, 3-, 4-, 5-Achsen-Schruppbearbeitungen
• größere Tiefenzustellung bei gleichzeitig erhöhtem Vorschub
• dynamische Vorschubgeschwindigkeit

Dynamische Anpassung

Die Vorschubgeschwindigkeit wird dynamisch an den Werkzeugweg angepasst und dieser entsprechend der Maschinenfähigkeiten optimiert. Dadurch entstehen niedrigere Temperaturen, wodurch vielfach auch eine

Bei der Schruppbearbeitung kann bis zu 75 Pro-zent der Zeit eingespart werden. In Alu, aber auch in schwerzerspanbares Material.

Minimalmengenschmierung oder auch Trockenbearbeitung möglich wird. Wird in Aluminium trochoidal geschruppt, sorgt das Kühlschmiermittel für einen sehr guten Späneabtransport, da bei diesem Verfahren ein sehr hohes Spanvolumen erreicht wird.

ProfitMilling erzeugt gleichmäßige Werkzeugwege. Das beinhaltet ebenso gleichmäßige Übergänge und Zustellungen. Besonderheiten sind ein konstanter Werkzeugeingriffswinkel und eine hohe Prozesssicherheit. „Trochoidales Fräsen ist daher die Strategie bei Vollschnitt, um alle Vorteile auszuschöpfen“, sagt Burgun. Zudem ist die gesamte Werkzeugschneide nutzbar, woraus sich höhere Werkzeugstandzeiten ergeben.

Andreas Jenter (rechts) und Simon Beck, Leiter des Vorführzentrum bei Horn, begutachten das Bearbeitungsergebnis.

Im Vorführzentrum bei Horn in Tübingen wird das trochoidale Fräsen interessierten Anwendern vorgeführt und zugleich erprobt. „Wichtig ist, die Schnittdaten an die Maschine, die Aufspannung und das Werkzeug anzupassen und Werte wie die Trägheit der Maschine zu beachten“, sagt Jenter.

Bei der Programmierung zeigt die Simulation dann, ob gewählte Parameter Vorteile bringen oder noch geändert werden müssen. Einen optimierten Vorschub generiert das CAM-System dabei selbsttätig, basierend auf der Werkzeugweggeometrie. Das trochoidale Fräsen verwendet eine Strategie nach der Art „Ecken nachfräsen“, wodurch deutlich weniger Material in Ecken abgenommen wird, um ein Rattern zu vermeiden.

Energieverbrauch sinkt

Insgesamt sinkt der Energieverbrauch während der Bearbeitung, und auch die Belastung, die auf die Spindel wirkt, geht zurück. So kann dieselbe Bearbeitung auch auf einer schwächeren Maschine generiert werden, abhängig von der Dynamik der jeweiligen Maschine. Selbst bei gleicher Bearbeitungszeit eines Bauteils kann der Anwender beim

ProfitMilling in vielen Fällen von einer deutlich höheren Werkzeugstandzeit und der geringeren Belastung der Maschine profitieren.

Im CAM-System werden alle Werkzeugbahnen festgelegt, ob trochoidal oder konventionell.

Kontakt:

• DP Technology Germany GmbH, www.espritcam.com
• Paul Horn GmbH, www.phorn.de