Beim Bewährten bleiben? Oder etwas Neues wagen?
Viele Werkstätten halten an traditionellen, kostengünstigen Werkzeugsystemen fest. ER-Spannzangen und Weldon-Flächen sind bewährt; sie funktionieren und sind erprobt. Gleichzeitig können neuere, fortschrittliche Bearbeitungstechnologien, wie z. B. Mehrachsenmaschinen, mit neueren, fortschrittlicheren (und teureren) Werkzeughaltern bessere Ergebnisse erzielen.
Dies führt dazu, dass Werkstätten mehr Auswahlmöglichkeiten haben und mehr Analysen erforderlich sind.
„Zwei der wichtigsten Kriterien zur Beurteilung der Qualität eines Werkzeugspannsystems sind Rundlauf und Wiederholgenauigkeit“, so Luke Pollock, Produktmanager bei Walter USA LLC, Waukesha, Wisconsin. „Aus dieser Perspektive gehören Schrumpf- und Hydraulikhalter zur Kategorie ‚beste‘. Beide bieten sicheren Kontakt mit einem präzisionsgeschliffenen Zylinderschaft und minimalen Rundlauf sowie maximale Wiederholgenauigkeit. ER-Spannzangensysteme sind wahrscheinlich in der Kategorie ‚besser‘ zu finden. Mit diesem Haltertyp lassen sich angemessene Rundlauf- und Wiederholgenauigkeiten erzielen. Rundlauf und Wiederholgenauigkeit lassen sich durch den Einsatz präzisionsgeschliffener Spannzangen noch verbessern. Weldon-Schafthalter bieten die geringste Rundlaufkontrolle, da das System den Schaft mithilfe einer Stellschraube auf eine Seite der Werkzeughalterbohrung drückt und so zwangsläufig ein gewisser Rundlauf in die Werkzeugeinstellung einbringt.“
Pollock sagte, die Spannkraft sei ein weiterer Aspekt. „Wenn wir eine Entscheidung aus dieser Perspektive treffen, entscheiden wir uns für die besten Halter“, sagte er. „Ein Weldonschaft-Werkzeughalter verwendet eine Verbindung, die ein Verrutschen oder Herausziehen des Werkzeugs unmöglich macht. Daher können wir mit diesem Werkzeughalter die Bearbeitungsanwendung extrem bis an die Grenzen der Anwendung ausreizen. Schrumpf- und Hydraulikhalter bieten ebenfalls eine sehr gute Spannkraft. Unter bestimmten Umständen können jedoch hohe Materialabtragsraten oder ein großer Kontakt zwischen Werkzeug und zu bearbeitendem Material erforderlich sein, sodass ein gewisses Verrutschen oder Herausziehen möglich ist.“
Viel hängt von den jeweiligen Anwendungen ab. Drew Strauchen, Executive Vice President der GWS Tool Group in Tavares, Florida, sagte, dass „im Allgemeinen“ die Kategorie „gut“ Schaftfräserhalter und Spannzangen umfasst; „besser“ umfasst hochpräzise Spannzangenfutter und Fräserfutter; und „best“ umfasst Schrumpf-, Hydraulik- und Presspassungen.
„Die wichtigsten Eigenschaften eines guten Halters sind Steifigkeit, Greifkraft, Rundlaufgenauigkeit und Ausgewogenheit“, sagte er. „Da die Anwendungen von Schruppen bis Schlichten, von geringer bis hoher Produktion und von geringer bis hoher Toleranz reichen, sind der Halter und seine individuellen Eigenschaften mehr oder weniger entscheidend.“
Kontrolle des Rundlaufs ist entscheidend für Werkzeuglebensdauer und Genauigkeit
Edwin Tonne, Schulungs- und Servicetechniker bei Horn USA Inc., Franklin, Tennessee, nannte Anwendungsbeispiele für verschiedene Kategorien.
Hydraulische Spannzangenhalter, sagte er, eignen sich am besten für Bohranwendungen, Hochgeschwindigkeits-Schlichtbearbeitung und Reiben. Schrumpfhalter eignen sich am besten zum Schruppfräsen, Schlichtfräsen, Bohren und Reiben; und Hochleistungs-Spannzangensysteme eignen sich ebenfalls gut zum Schruppfräsen, Schlichtfräsen, Bohren und Reiben.
Tonne erläuterte auch die Überlegungen bei der Auswahl der Werkzeughalter. Bei Bohr- oder Reibwerkzeugen sei der Rundlauf entscheidend für die wirtschaftliche Standzeit und Maßgenauigkeit, sagte er. Beim Schruppfräsen sei der Rundlauf ebenso entscheidend wie die Spannkraft des Schaftes. Da das Drehmoment des Werkzeughalters höher ist, steigt auch die Gefahr eines Werkzeugauszugs.
Pollock von Walter sagte: „Es ist wichtig, den richtigen Werkzeughaltertyp für die jeweilige Anwendung zu finden. Besser ist es, zu überlegen, welche Eigenschaft des Werkzeughalters für die jeweilige Anwendung am wichtigsten ist. Bei Schruppbearbeitungen profitieren Sie vor allem von einem Werkzeughalter mit höchster Klemmkraft. Bei der Schlichtbearbeitung, bei der präzise Toleranzen und feine Oberflächen gefordert sind, sollten Werkzeughalter mit minimalem Rundlauf und maximaler Wiederholgenauigkeit die erste Wahl sein.“
Für Werkstätten kann die Gleichung unterschiedlich sein. Dan Doiron, Produktmanager für Fräsen bei der Emuge Corp. in West Boylston, Massachusetts, beschrieb die Überlegungen bei der Auswahl von Werkzeughalteroptionen für verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen.
„Wenn ich ein Werkzeug mit einer Weldon-Fläche sehe, ist das in der Regel ein Zeichen dafür, dass es für aggressives Fräsen ausgelegt ist“, sagte er. „Das heißt nicht, dass man das Werkzeug nicht auch zum Schlichten verwenden könnte, aber die Weldon-Fläche wurde hinzugefügt, um ein Herausziehen zu verhindern. Zum Schruppen ist die Pinlock-Spannzange eine gute Wahl. Für die Bearbeitung von 3D-Oberflächen eines Formkerns oder einer Kavität bietet ein Werkzeughalter der Marke Emuge FPC sofort hohe Genauigkeit. Mit dem auswuchtbaren Halter wird die Genauigkeit erhöht, ohne dass ein separater Halter gekauft werden muss.“
Werkzeughalter werden oft übersehen
Für Lohnfertiger stellt sich nun die Frage, wie sie vorgehen sollen. Wann sollten Lohnfertiger beispielsweise Ressourcen investieren und vorankommen?
„Die Werkzeugspannung wird oft vernachlässigt, insbesondere beim Kauf einer neuen Maschine“, sagte Doiron. „Werkstätten sollten jedoch über eine Modernisierung ihrer Werkzeugspannung nachdenken, wenn die Maschine angeschafft wurde, um die Produktion zu steigern und einen höheren Genauigkeitsstandard zu erreichen. Wer beispielsweise die alten Side-Lock-Halter verwendet und eine Leistungssteigerung erwartet, wird enttäuscht sein. Die Genauigkeit des Halters bleibt unabhängig davon bestehen, ob er in einer alten oder einer neuen Maschinenspindel eingesetzt wird.“
Einige Überlegungen hängen von der Größe der Werkstatt ab. „Der größte Balanceakt besteht zwischen Flexibilität und Leistung“, sagte Alan Miller, Engineering Manager und Produktmanager bei BIG Kaiser Precision Tooling Inc. in Hoffman Estates, Illinois. „Je flexibler ein System ist, desto geringer ist wahrscheinlich seine Leistung für bestimmte Anwendungen. In Umgebungen mit hoher Produktion sollte man sich auf die leistungsstärkste Lösung konzentrieren. Bei sehr kleinen Aufträgen kann die Flexibilität des Werkzeughaltersystems wichtiger sein als die maximale Leistung der Schneidwerkzeuge.“
Wenn es um Investitionen in neuere Technologien gehe, sei das bei größeren Werkstätten einfacher, sagte er. „Für sehr kleine Werkstätten ist es schwieriger, auf Flexibilität zu verzichten.“
Unabhängig davon prüfen Werkstätten, ob sich die Investition in neuere Technologien aufgrund der geringeren Ausschussmenge und der längeren Werkzeuglebensdauer lohnt.
Großer Vorteil bei der Bohrungsherstellung
„Die wichtigsten Eigenschaften eines guten Halters sind Steifigkeit, Haltekraft, Rundlaufgenauigkeit und Auswuchtung“, so Strauchen von GWS. „Bohrwerkzeuge profitieren insbesondere von Haltern mit höherer Rundlaufgenauigkeit und Auswuchtung. Schaftfräser profitieren ebenfalls davon, benötigen aber in der Regel Halter mit höherer Steifigkeit und Haltekraft, um die radialen Belastungen und Auszugskräfte, die durch spiralförmige Schaftfräser entstehen, besser zu bewältigen. Manchmal sind die Auszugskräfte so groß, dass ein mechanisches Passungssystem wie ein Side-Lock- oder Safe-Lock-System erforderlich ist.“
Führungskräfte raten, bei jeder Investition in neue Werkzeuge auch die Werkzeugaufnahme zu prüfen. „Wenn eine Werkstatt in neue Bearbeitungszentren investiert, ist es wichtig, gleichzeitig auch neue Werkzeugaufnahmen zu kaufen“, so Tonne von Horn USA. „Es ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, Produktivitätsvorteile beispielsweise durch eine schnellere Span-zu-Span-Zeit zu erzielen, wenn diese aufgrund geringer Standzeiten für Werkzeugwechsel verloren gehen.“
Strauchen äußerte eine ähnliche Ansicht. Auf die Frage, wann eine Werkstatt über eine Modernisierung ihrer Werkzeugaufnahme nachdenken sollte, antwortete er: „Abgesehen von der naheliegenden Antwort ‚immer‘ ist der Kauf einer neuen Werkzeugmaschine eine realistischere Antwort. Abgesehen von den Bearbeitungsanwendungen selbst und der Leistung zeichnen sich hochwertigere Werkzeugaufnahmesysteme im Allgemeinen durch bessere Auswuchteigenschaften und eine bessere Passung aus – beispielsweise durch präzisere V-Flanschkegel –, was die Lebensdauer der Spindel maximiert. Sie würden Ihre alten Felgen nicht auf Ihr neues Auto montieren, und Sie sollten auch keine gebrauchten Halter in eine brandneue Spindel einsetzen.“
Ein Teil der Bewertung betrifft die Auswirkungen eines neuen Werkzeughaltersystems auf neue Werkzeuge. Eine verbesserte Werkzeugstandzeit ist ein wichtiger Grund für eine Änderung.
„Der ROI einer verbesserten Werkzeughalterqualität lässt sich wahrscheinlich am einfachsten anhand der Werkzeugleistung messen“, so Pollock von Walter. „Die Werkzeugstandzeit lässt sich meist überwachen. Eine höhere Standzeit eines Werkzeugs bedeutet mehr Teile bei gleichen Produktionskosten. Das führt zu niedrigeren Stückkosten.“
Außerdem könnten höhere Produktionsraten erzielt werden, sagte er. „Unter Berücksichtigung der Belastung von Maschine und Bediener tragen kürzere Zykluszeiten deutlich stärker zur Senkung der Stückkosten bei“, so Pollock. „Die Gesamtkosten pro Stück sind ein guter Maßstab, um den Nutzen eines verbesserten Werkzeughalters zu berechnen.“