Die Schwerzerspanung bietet viel Potenzial für eine Effizienzsteigerung. Im Focus stehen alle Prozesse mit hohen Schrittkräften und hohem Zeitspanvolumen. Darunter fallen Schruppprozesse im Allgemeinen, aber auch die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien mit hohen spezifischen Schnittkräften wie Titan, korrosionsbeständige Nickelbasislegierungen und anderer Werkstoffe, die wegen ihrer spezifischen Eigenschaften im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt werden.
Durch die in der Bearbeitung auftretenden Kräfte werden Maschine und Werkzeug extrem belastet. Ziel muss deshalb sein, das Zeitspanvolumen zu erhöhen, gleichzeitig aber auch die Werkzeugstandzeiten zu verlängern und die Maschinenbelastung zu reduzieren.
Unter „Dynamic Efficiency“ kombiniert Steuerungshersteller Heidenhain Regelerfunktionen mit innovativen Bearbeitungsstrategien, um die Zerspanungsleistung zu erhöhen und die Bearbeitungszeit zu senken. „Dynamic Efficiency“ umfasst drei Softwarefunktionen:
- Active Chatter Control (ACC) reduziert die Ratterneigung und lässt höhere Vorschübe und größere Zustellungen zu
- Adaptive Feed Control (AFC) regelt den Vorschub abhängig von der Bearbeitungssituation
- Wirbelfräsen erlaubt werkzeugschonende Beschleunigung der Schruppbearbeitung von Nuten und Taschen.
Jede Lösung für sich verspricht entscheidende Verbesserungen des Bearbeitungsprozesses. Besonders aber die Kombination dieser TNC-Funktionen soll das Potenzial von Maschine und Werkzeug ausnutzen und zugleich die mechanische Belastung reduzieren. Der Einsatz lohnt sich laut Heidenhain: Steigerungen des Zeitspanvolumens von 20 bis 25 Prozent sind in der Praxis durchaus möglich.
Trends µ-genau
Optimieren mit System
Das Maß für effiziente Schruppbearbeitungen ist ein hohes Spanvolumen über die Zeit. Mit den Software-Optionen der TNC-Steuerungen von Heidenhain, die unter dem Oberbegriff „Dynamic Efficiency“ zusammengefasst sind, lassen sich diese Bearbeitungen besonders wirksam maximieren. Mit der Kombination aus einer einfachen Handhabung der Funktionen, einer reduzierten Belastung von Werkzeug und Maschine sowie einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit wollen Heidenhain-TNC-Steuerungen ihren hohen Anspruch in Bezug auf eine effizientere Zerspanung untermauern.
Beim Schruppen treten hohe Schnittkräfte auf. Aufgrund des Eingriffs der Fräserschneiden ins volle Material können störende Ratterschwingungen zwischen Werkzeug und Werkstück entstehen, die unschöne Marken auf der Werkstückoberfläche hinterlassen. Beim Rattern nutzt sich das Werkzeug stärker und ungleichmäßig ab und kann sogar brechen. Auch die Werkzeugmaschine wird mechanisch stark beansprucht.
Wenn sich während der Bearbeitung die Schnittbedingungen ändern, soll AFC immer für den maximal möglichen Vorschub sorgen.
Reduzierung der Ratterneigung
Zur Reduzierung der Ratterneigung bietet Heidenhain mit der TNC-Option ACC eine wirkungsvolle Reglerfunktion. ACC greift da ein, wo über Regelkreise die Schwingung beeinflusst werden kann. Der ACC-Algorithmus steigert die Leistungsfähigkeit der Maschine, da höhere Schnitttiefen erreichbar sind und das Zeitspanvolumen erhöht wird – in bestimmten Bearbeitungsaufgaben um mehr als 20 Prozent. Da das Werkzeug die Schnittkräfte beeinflusst und so die Eigenschaften der eventuellen Ratterschwingung mit bestimmt, kann für jedes Werkzeug ein eigener ACC-Parametersatz angelegt werden.
AFC optimiert den Bahnvorschub abhängig von Spindelleistung und weiteren Prozessdaten. Gerade wenn sich in der Bearbeitung die Schnittbedingungen ändern, etwa aufgrund schwankender Schnitttiefen, Werkzeugverschleiß oder Härteschwankungen des Materials, sorgt AFC immer für den maximal möglichen Vorschub und steigert so die Effizienz.
Die Active Chatter Control verhindert das
Rattern und ermöglicht so progressivere Schnittgeschwindigkeiten.
Die Anwendung ist einfach: Vor der Bearbeitung können in einer Tabelle maximale und minimale Grenzwerte für die Spindelleistung festgelegt werden. Dazu zeichnet die TNC in einem Lernschnitt die maximal auftretende Spindelleistung auf. Die adaptive Vorschubregelung vergleicht dann permanent die Spindelleistung mit der Vorschubgeschwindigkeit und versucht die maximale Spindelleistung während der gesamten Bearbeitungszeit einzuhalten.
Mit AFC wird die Bearbeitungszeit erheblich reduziert, da in Bearbeitungszonen mit weniger Materialabtrag die Steuerung adaptiv den Vorschub erhöht. Gleichzeitig wird das Werkzeug überwacht. Die Steuerung reduziert automatisch den Vorschub, wenn ein Werkzeug stumpf wird, da dann die Spindelleistung steigt. AFC schont zudem die Maschinenmechanik, weil die Steuerung adaptiv den Vorschub bei Überschreitung der maximalen Spindelleistung anpasst. Die Hauptspindel wird so wirksam vor Überlastung geschützt.
Der TNC-Zyklus Wirbelfräsen beschleunigt die Schruppbearbeitung von Nuten mit beliebigen Konturen deutlich. Dabei wird eine kreisförmige Werkzeugbewegung mit einer linearen Vorschubbewegung überlagert. Der Zyklus erlaubt, dass Material über die gesamte Länge eines Schaftfräsers abgetragen wird. Dank kreisförmigem Eintauchen ins Material wirken geringe radiale Kräfte auf das Werkzeug. Dies schont die Maschine und verhindert Schwingungen.