Wie sollten Bearbeitungszentren Werkzeughalter richtig auswählen?

Präzisionsbearbeitungszentren können in Kombination mit fortschrittlichen Schneidwerkzeugen eine hervorragende Metallzerspanungsproduktivität bieten. Als entscheidende Schnittstelle zwischen Schneidwerkzeugen und Werkzeugmaschinenspindeln ist der Werkzeughalter entscheidend für das Erreichen einer hohen Produktivität. Wie wählen, verwenden und warten wir also den für die Produktionsanforderungen am besten geeigneten Werkzeughalter?
01 Werkstückfaktoren, die die Auswahl des Werkzeughalters beeinflussen
Zu den Faktoren, die die Auswahl des Werkzeughalters beeinflussen, gehören die Bearbeitbarkeit des Werkstückmaterials in jedem Arbeitsgang und die Konfiguration des Endteils, die die Größe des Werkzeughalters bestimmen kann, die zum Erreichen eines bestimmten Profils oder Merkmals erforderlich ist. Der Griff sollte möglichst einfach und leicht zu bedienen sein, um die Möglichkeit von Bedienfehlern zu minimieren.
Die Grundkomponenten von Werkzeugmaschinen spielen eine entscheidende Rolle – schnelle Werkzeugmaschinen mit Linearführungen nutzen die für Hochgeschwindigkeitsanwendungen konzipierten Werkzeughalter voll aus, während Werkzeugmaschinen mit Kastennuten Unterstützung für die Schwerzerspanung bieten. Multitask-Werkzeugmaschinen können gleichzeitig Dreh- und Fräs-/Bohrprozesse durchführen.
Sie können den Werkzeughalter auch entsprechend der Bearbeitungsstrategie auswählen. Um beispielsweise die Produktivität bei Hochgeschwindigkeitsschneidprozessen (HSC) oder Hochleistungsschneidanwendungen (HPC) zu maximieren, wählen Werkstätten unterschiedliche Schneidwerkzeuge. Bei ersterem geht es um HHS mit geringer Schnitttiefe, bei letzterem geht es um die Erzielung höherer Zerspanungsraten auf Werkzeugmaschinen mit ausreichender Leistung, aber begrenzter Geschwindigkeit.
Ein geringerer wiederholbarer Rundlauf trägt dazu bei, einen konstanten Werkzeugeingriff zu gewährleisten, wodurch Vibrationen reduziert und die Werkzeuglebensdauer maximiert werden. Das Gleichgewicht ist von entscheidender Bedeutung, und hochwertige Werkzeughalter sollten ein präzises dynamisches Gleichgewicht bei G2, 5-25000 U/min (1 g. mm) erreichen. Die verarbeitende Werkstatt kann anhand der tatsächlichen Situation das Werkzeughaltersystem ermitteln, das ihre Produktionsanforderungen wirtschaftlich erfüllen kann, oder sich mit dem Werkzeuglieferanten beraten.
02 Jeder Grifftyp sollte spezifische Prozessanforderungen erfüllen
Unabhängig davon, ob es sich um einen einfachen seitlich fixierten Typ, einen Manteltyp, einen Schrumpftyp, einen mechanischen Typ oder einen hydraulischen Typ handelt, sollte der Werkzeuggriff bestimmte Prozessanforderungen erfüllen.
Federspannzangen und Wechselhülsen sind die am häufigsten verwendeten Techniken zur kreisförmigen Werkzeugaufnahme. Der wirtschaftlich effiziente ER bietet verschiedene Größen und ausreichend Spannkraft für zuverlässige leichte Fräs- und Bohrprozesse. Der hochpräzise ER-ummantelte Werkzeughalter hat einen geringen Rundlauffehler (<5 µ m at the tool tip) and a symmetrical design that can be balanced for high-speed processes, while the reinforced type can be used for heavy-duty machining. The ER tool holder is easy to quickly convert and can adapt to various tool diameters.
Der Griff des Wärmeausdehnungswerkzeugs bietet eine starke Spannkraft mit 3 x D μ. Die Konzentrizität von m und eine hervorragende dynamische Ausgleichsmasse. Das kompakte Griffdesign ermöglicht einen einfachen Zugriff auf schwierige Teilefunktionen.
Verbesserte Werkzeughalter können mittlere bis schwere Fräsarbeiten durchführen, die Spannkraft hängt jedoch von der Innendurchmessertoleranz des Werkzeughalters und des Werkzeughalters ab. Schneidwerkzeuge mit Wärmeausdehnung erfordern den Kauf spezieller Heizgeräte, und der Heiz-/Kühlvorgang erfordert mehr Installationszeit als nur das Auswechseln der Ummantelung.
Das mechanische Fräsfutter sorgt durch mehrere Nadellagerreihen für eine starke Spannkraft und hohe radiale Steifigkeit. Mit dieser Konstruktion können schwere Fräsarbeiten und ein schneller Werkzeugwechsel durchgeführt werden, der Rundlauf kann jedoch größer sein als beim Mantelsystem. Die Größe mechanischer Spannfutter ist normalerweise größer als bei anderen Arten von Werkzeughaltern, was die Fähigkeit des Werkzeugs, bestimmte Teilemerkmale zu erreichen, einschränken kann.
Im Vergleich zu mechanischen Spannfuttern verfügen hydraulische Spannfutter, die hydraulischen Druck zur Erzeugung der Spannkraft nutzen, über weniger interne Komponenten, was zu einem relativ schlanken Erscheinungsbild führt. Der Rundlauffehler des hydraulischen Spannfutters ist relativ gering und es kann effektiv Löcher erweitern, Löcher bohren und leichte Fräsarbeiten bei hohen Spindeldrehzahlen durchführen, reagiert jedoch empfindlich auf große Radiallasten.
Die 03-Spindel oder das konische Ende bestimmt die Drehmomentübertragungsfähigkeit und die Genauigkeit der Werkzeugausrichtung
Ebenso wichtig wie die Befestigung des Schneidwerkzeugs am Werkzeughalter ist die Installation des Werkzeughalters auf der Werkzeugmaschinenspindel. Herkömmliche BT-, DIN- und CAT-Werkzeugschaftkegel eignen sich für kleinere Werkzeugmaschinen, können jedoch bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingeschränkt sein. Die Modelle, die auf beiden Seiten mit dem Konus und der Stirnfläche des Werkzeuggriffs in Kontakt kommen, können insbesondere bei großem Überhang eine höhere Steifigkeit und Genauigkeit bieten. Für die zuverlässige Übertragung größerer Drehmomente ist eine größere Kegelgröße erforderlich. Beispielsweise kann der HSK-E32-Werkzeughalter HSK-A125A bei der Schwerzerspanung nicht ersetzen.
Die Wahl der Kegelform für den Griff variiert normalerweise je nach Region. Mitte der -1990er Jahre erfreuten sich 5-Achsen-Werkzeugmaschinen immer größerer Beliebtheit, und in dieser Zeit begann auch die Entstehung von HSK in Deutschland. CAT-Werkzeughalter werden hauptsächlich in den USA verwendet, während in Asien BT-Werkzeughalter sehr beliebt sind und häufig in Modellen mit doppelseitigem Kegel-/Endkontakt vorhanden sind.
HSK wird üblicherweise für die 5-Achsenbearbeitung verwendet. Die PSC- (Polygonal-Spannsystem: Capto) und KM-Verbindungen werden hauptsächlich für Multitasking-Werkzeugmaschinen unter Verwendung von ISO-Standards verwendet. KM und Capto sind beide modulare Systeme, die den Zusammenbau von Werkzeugen bestimmter Längen durch Kombination von Verlängerungs- oder Reduzierstangen ermöglichen. Mit der zunehmenden Beliebtheit von Multitasking-Werkzeugmaschinen erfreuen sich Werkzeughalter, mit denen Bearbeitungsarten wie Drehen, Fräsen und Bohren in einem Aufspannvorgang möglich sind, immer größerer Beliebtheit.
04 Zusammenfassung
Die Bearbeitungswerkstatt muss Wert auf die Bedeutung der Werkzeughalter im Bearbeitungssystem legen und verstehen, wie sie den richtigen Werkzeughalter korrekt an bestimmte Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsstrategien und Werkstücke anpassen kann, um die Produktivität zu verbessern und Kosten zu senken.
Zukünftige technologische Verbesserungen werden sich nicht mehr nur auf den Griff selbst beschränken. Der Einsatz von Software und RFID-Tags zur Werkzeugverwaltung ist ein wesentlicher Bestandteil der datengesteuerten Fertigung und wird immer häufiger eingesetzt. Die Weiterentwicklung der Werkzeughaltertechnologie umfasst Werkzeughalter, die mit Sensoren ausgestattet sind, die die Kraft auf den Werkzeughalter in Echtzeit überwachen können. Die gesammelten Daten ermöglichen es dem Bediener, Bearbeitungsparameter während des Bearbeitungsprozesses anzupassen und können sogar automatisch durch künstliche Intelligenz (KI) angepasst werden, die mit der Maschinensteuerung verbunden ist. Diese Technologien und andere neue Technologien werden den Produktionsbeitragswert des Werkzeughalters im Bearbeitungsprozess weiter erhöhen.