Abkehr von (einigen) Werkzeugkonventionen

Hat die Schneidwerkzeugindustrie endlich erkannt, dass die ISO- und ANSI-Wendeschneidplattensysteme zwar gut für die Standardisierung sind, einer Produktivitätssteigerung jedoch manchmal im Wege stehen?

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Standards sollen dazu beitragen, dass die Welt effizienter arbeitet. Das gilt schon lange für die Fertigung. Beginnend mit Henry Maudslays Erfindung der Schraubendrehmaschine und der daraus resultierenden Standardisierung von Schraubengewinden strebt die Industrie nach Austauschbarkeit, Vorhersehbarkeit, gleichbleibender Qualität und reduziertem Ausschuss, was alles durch weithin akzeptierte, gut dokumentierte Standards ermöglicht wird.

So ist es auch bei Wendeschneidwerkzeugen. Ob ANSI B212.4-2002 in den USA oder ISO 1832:2017 im Rest der Welt, beide Normensätze beziehen sich auf klar definierte (und nahezu identische) Spezifikationen für Form, Größe, Dicke und andere Merkmale der Einsätze die dazu dienen, diese kritischen Schneidwerkzeuge herstellerunabhängig austauschbar zu machen.

Diese Angaben müssen hier nicht wiederholt werden. Jedem Katalog oder jeder Website für Wendeschneidwerkzeuge ist eine oder zwei Seiten gewidmet. Darüber hinaus gibt es Dutzende von Büchern und Zeitschriftenartikeln, in denen diese Standards erläutert werden, ganz zu schweigen von den zahllosen bunten Tabellen, die überall an den Wänden von Werkzeugkisten hängen und den Maschinisten reichlich Ressourcen bieten, um Fräs- und Dreheinsätze zu identifizieren, zu bestellen und einzusetzen.

Interessanter ist die zunehmende Zahl von Schneidwerkzeugherstellern, die begonnen haben, von diesen Standards abzuweichen, ein Trend, der insbesondere für Drehanwendungen gilt. Ja, Fräswerkzeuge haben ihren Anteil an nicht standardmäßigen Wendeschneidplatten, aber es ist die Drehabteilung, die einen bemerkenswerten Zustrom von Werkzeugen verzeichnet, die nicht nur nicht standardmäßig sind, sondern in vielen Fällen ein völliges Überdenken unserer Metallentfernungsprozesse erfordern.

Das in Pittsburgh ansässige Unternehmen Kennametal Inc. hat beispielsweise die FIX8 vorgestellt, eine doppelseitige Drehwendeplatte, deren tangentiales Design ISO und ANSI buchstäblich auf die Seite stellt. Marketing-Portfoliomanager Robert Keilmann erklärte, dass FIX8 keine speziellen Programmiermethoden erfordere, obwohl es Shops dazu zwingen könnte, ihre Feeds und Geschwindigkeiten zu überdenken.

Als direkter Konkurrent zu herkömmlichen CNMG- (80°-Diamant) und WNMG-Wendeschneidplatten (besser bekannt als Trigon) verspricht sie eine Reduzierung der Schnittkräfte um bis zu 15 Prozent und, wie der Name schon sagt, acht Schneidkanten pro Wendeschneidplatte für niedrigere Werkzeugkosten.

„Der FIX8 senkt die Werkzeugkosten und steigert die Produktivität für Hersteller, die mittlere und schwere Dreh- und Planbearbeitungen in Stahl, Edelstahl und Gusseisen durchführen“, sagte Keilmann. „Seine geringeren Schnittkräfte und das extrem steife Spannsystem unterstützen extrem hohe Vorschübe und DOC [Schnitttiefe], selbst bei starken Unterbrechungen. Aus diesem Grund erleben wir, dass das Drehen langer Wellen und Rohre bei Automobilherstellern weit verbreitet ist, obwohl es unabhängig von der Branche eine gute Wahl für allgemeine Schrupp- oder Vorschlichtbearbeitungen ist.“

Manchmal scheint eine Drehwendeplatte der ISO-Norm zu entsprechen, in Wirklichkeit handelt es sich jedoch um ein proprietäres Design. So ist es auch mit den runden Werkzeugen der CoroTurn 107-Reihe von Sandvik Coromant US, Mebane, NC, die eine Reihe von Nuten – eine Schienenschnittstelle – in der Unterseite des Einsatzes verwenden, die mit männlichen Steigern in der Werkzeughaltertasche zusammenpassen.

John Winter, der Produktmanager des Unternehmens für den Osten der USA, erklärte, dass die Schnittstelle die Wendeschneidplatte sicher an Ort und Stelle verriegelt und so eine Drehung bei schwerem Schneiden verhindert, die zu einem Bruch der Wendeschneidplatte oder der Klemmschraube führen könnte. Außerdem wird die Indizierung konsistenter, was zu einer vorhersehbareren Bearbeitung führt. Sandvik Coromant verwendet eine ähnliche Schnittstelle – das iLock – auf seiner indexierbaren Gewindeschneidlinie CoroThread 266 und hat deren höhere Sicherheit genutzt, um OptiThreading bereitzustellen, eine Programmiermethode, die „das Werkzeug in den Schnitt hinein und aus ihm heraushüpft“, und die Winter am besten als Folgendes beschreibt: Bewegung der Nähmaschine.

Dabei ist es das PrimeTurning-System des Unternehmens, das in den letzten Jahren die größte Aufmerksamkeit erregt hat. Obwohl Winter keine genauen Details preisgeben kann, gab er bekannt, dass die nächste Generation des einzigartigen, definitiv nicht ISO-zertifizierten Schneidwerkzeugsystems noch in diesem Jahr auf den Markt kommen wird. CNC-Maschinenbauer müssen sich vorerst mit CoroTurn Prime A begnügen, das zum leichten Schruppen, Profilieren und Schlichten entwickelt wurde, und CoroTurn Prime B, der fußballförmigen Schruppschneidplatte. Beide Stile brechen mit Konventionen, indem sie sich außergewöhnlich gut in Z+-Richtung (vom Spannfutter weg) drehen lassen und den größten Teil des schweren Hebens mit der Rückseite des Einsatzes erledigen.

PrimeTurning nutzt den Spanverdünnungseffekt, das gleiche Phänomen, das das Wirbelfräsen so effektiv macht (siehe Seitenleiste). Jeder, der große Mengen an Wellen dreht, weiß, dass er von ähnlichen Vorteilen profitieren kann, wenn er eine Wendeschneidplatte mit rundem oder positivem Steigungswinkel verwendet. Solche konventionellen Werkzeuge können jedoch weder eine quadratische Schulter noch einen Hinterschnitt drehen, wohingegen Prime A und B angeblich beides übertreffen, ebenso wie viele der Konkurrenzprodukte, die seit ihrer Einführung auf den Markt gekommen sind.

Auf die Frage, warum ein Maschinist nicht einfach eine einseitige 35°- oder 55°-Wendeschneidplatte zum „Rückwärtsdrehen“ verwenden kann, sagte Winter, er habe mit einer Werkstatt zusammengearbeitet, die genau das in den frühen Tagen von PrimeTurning gemacht habe. „Die langen, zähen Späne waren ein ständiger Kampf und ihre Standzeit war recht gering. Das liegt daran, dass Standard-Wendeschneidplatten einfach nicht für das Schneiden in Z+-Richtung ausgelegt sind. Wie dieser Kunde feststellte, können Sie es zum Laufen bringen, aber in den meisten Anwendungen sind die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Seitdem nutzen sie unsere Prime-Lösung.“

Winter fügte hinzu, dass die Umgehung der ISO-Norm den Herstellern von Schneidwerkzeugen mehr Spielraum für die Entwicklung innovativer Spanbrecher und Geometrien gibt, die häufig produktiver sind als der Status quo. Dies war sicherlich bei Ingersoll Cutting Tools USA, Rockford, Illinois, der Fall, wo Raymon Avery, Produktmanager für Drehen, feststellte, dass viele der im vergangenen Jahr unter der Marke SFeedUp eingeführten Produkte Nicht-ISO-Taschen haben und für das multidirektionale Drehen konzipiert sind.

Als Beispiel verwies Avery auf den TurnSFeedF des Unternehmens, eine Wendeschneidplatte im Trigon-Stil, die auf den ersten Blick wie ein außergewöhnlich breites Stechwerkzeug aussieht, sich jedoch mit Längsvorschüben von bis zu 3 mm/Umdrehung in beide Richtungen auszeichnet. Es gibt auch die SuperTurnZ-Serie, deren verschiedene Formen scheinbar in das Prime-Territorium vordringen.

Avery unterstützte Winters Einschätzung der ISO-Geometrien. Die Abkehr davon, so bemerkte er, ermöglicht es Werkzeugingenieuren, die Finite-Elemente-Analyse (FEA) und andere fortschrittliche Simulationswerkzeuge zu verwenden, um die Metallentfernungsfähigkeiten einer Wendeschneidplatte zu optimieren, jedoch ohne die Einschränkungen, die ein jahrzehntealter Standard mit sich bringt.

Avery hob mehrere zusätzliche Funktionen hervor, wie zum Beispiel einzigartige Verriegelungsmechanismen, die die Bewegung der Wendeschneidplatte bei schweren Lasten verhindern, und Wendeschneidplattensitze mit Dreipunktkontakt für zusätzliche Stabilität beim Drehen in mehrere Richtungen. In Verbindung mit den heutigen Hochleistungsbeschichtungen und der Hochdruckkühlung durch das Werkzeug, die mittlerweile bei den meisten Werkzeughaltern (einschließlich ISO) Standard ist, reißen Werkstätten Metall in bisher beispielloser Geschwindigkeit ab.

Doch jeder, der lange genug vor einer Drehmaschine gestanden hat, hat wahrscheinlich schon einmal Angst gespürt, wenn ein Teil aus dem Spannfutter fliegt, und weiß, dass die Drehkräfte immer in Richtung des Spindelstocks ausgeübt werden sollten. Es ist ein berechtigtes Anliegen.

Avery sagte: „Wir verstehen, dass das Drehen weg vom Spannfutter dazu neigt, das Werkstück herauszuziehen, und dass einige Anwendungen keine geeigneten Kandidaten für das multidirektionale Drehen sind. Unter der Voraussetzung, dass Sie über eine hochwertige Werkstückspannung und einen guten Halt des Materials verfügen, liegen die Vorteile auf der Hand: Sie können nicht nur die Zerspanungsraten deutlich steigern, sondern Sie können auch beide Seiten der Wendeschneidplatte verwenden und die Spankontrolle ist viel besser Und dank der spanverdünnenden Wirkung erhöht sich die Werkzeugstandzeit erheblich.“

David Essex, Produktmanager bei Tungaloy America Inc., Arlington Heights, Illinois, hat seine eigene Liste von Nicht-ISO-Produkterfolgen zu teilen. Dazu gehören der multifunktionale TungBoreMini und der doppelseitige, aber positive Spanwinkel MiniForceTurn, die beide (wie der Name schon sagt) für das Drehen kleinerer Teile mit einem leichteren DOC gedacht sind, zumindest im Vergleich zu den gerade beschriebenen Schruppeinsätzen. Für schwerere Anwendungen empfiehlt Essex möglicherweise den doppelseitigen, fünfeckigen TurnTenFeed, insbesondere wenn die Werkzeugkosten eine Rolle spielen, während der TurnFeed des Unternehmens ein „Super-High-Feed“-Dreheinsatz ist, der in Form und Funktion dem TurnSFeedF von Ingersoll ähnelt.

Im multidirektionalen Bereich hat Tungaloy kürzlich seine AddMultiTurn- und AddY-axisTurn-Systeme auf den Markt gebracht. Bei ersterer handelt es sich um eine dreieckige Wendeschneidplatte, die sich laut der Website des Unternehmens gleichermaßen für das Vorderdrehen, Hinterdrehen, Profildrehen und Plandrehen eignet. „Das hat uns wirklich überzeugt“, sagte Essex. „Der AddY-axisTurn hingegen ist im Hinblick auf die Betriebe, die ihn derzeit verwenden können, etwas eingeschränkter, da er für Y-Achsen-Drehmaschinen und Multitasking-Maschinen mit einer PSC-ähnlichen (Capto) Schnittstelle konzipiert ist. Wir sehen, dass immer mehr Maschinen dieser Art mit Capto-Haltern gekauft werden, weil sie Vorteile bei der Genauigkeit und Geschwindigkeit des Werkzeugwechsels bieten.“

Essex macht sich keine allzu großen Sorgen darüber, dass bei multidirektionalen Drehvorgängen Teile aus dem Spannfutter herausgezogen werden könnten. Dennoch schlug er vor, für maximale Sicherheit wann immer möglich eine angetriebene Zentrierspitze zur Unterstützung zu verwenden und, wie Avery von Ingersoll angab, das Teil mit einem hochwertigen Spannfutter zu greifen, vorzugsweise einem mit gehärteten Oberbacken.

Am wichtigsten, sagte er, sei es, die Vorschub-, Geschwindigkeits- und DOC-Empfehlungen des Schneidwerkzeugherstellers zu befolgen, was für jede Bearbeitungsanwendung ein guter Rat sei. „Mit diesen Werkzeugen führt man normalerweise leichte Schnitte mit sehr hohen Vorschüben durch. Dadurch wird der Span zerkleinert, die Standzeit des Werkzeugs verbessert und in den meisten Fällen mehr Metall in kürzerer Zeit abgetragen als bei einem starken Schnitt und geringerer Vorschubgeschwindigkeit. Einsätze im ISO-Stil werden weiterhin ihre Berechtigung haben, aber ich empfehle den Geschäften dringend, sich einige der neueren Alternativen anzusehen. Zumindest was Tungaloy betrifft, sind unsere Kunden mit den Ergebnissen sehr zufrieden.“

Jeder der für diesen Artikel befragten Werkzeuganbieter betonte die Notwendigkeit unkonventioneller Werkzeugwege für seine unkonventionellen Schneidwerkzeuge. Mehrere CAM-Anbieter haben begonnen, auf diesen Bedarf einzugehen, darunter CNC Software LLC, Tolland, Connecticut, Hersteller von Mastercam. Ben Mund, der Channel-Marketing-Manager des Unternehmens, wies darauf hin, dass diese Pfade viele der gleichen Eigenschaften aufweisen wie diejenigen, die bei trochoidalen Fräsroutinen oder im Fall von Mastercam beim dynamischen Fräsen verwendet werden.

„Wir haben bei der PrimeTurning-Lösung eng mit Sandvik Coromant zusammengearbeitet und während dieses Prozesses die Entwicklung von, wie ich es nennen würde, materialbewussten Werkzeugwegen für notwendig erachtet“, sagte er. „Das Ziel bestand darin, die Spanlast auf möglichst viele Flächen zu verteilen und gleichzeitig die Spanlast konstant zu halten. Deshalb haben wir einige der gleichen Techniken, die wir für das dynamische Fräsen entwickelt hatten, auf PrimeTurning angewendet.“

Zu diesen Techniken gehört das bogenförmige Ein- und Ausfahren in den Schnitt mit etwas niedrigeren Vorschubgeschwindigkeiten, wodurch Stöße auf die Wendeschneidplatte reduziert und ein Eingraben der Wendeschneidplatte in Ecken vermieden werden. Zusammen mit dem positiven Steigungswinkel des Werkzeugs und der Verwendung von hohen Vorschub- und niedrigen DOC-Parametern – ähnlich denen des Trochoidenfräsens – ermöglichen PrimeTurning und andere multidirektionale Lösungen eine deutliche Steigerung der Zerspanungsraten.

Dann stellt sich die Frage: Sollten Werkstätten einige dieser gleichen Programmiermethoden mit herkömmlichen Drehwerkzeugen verwenden und auf die traditionellen G71-Mehrfachwiederholungs-Schruppzyklen verzichten, die auf Fanuc-kompatiblen Maschinensteuerungen verwendet werden? Vielleicht ja, schlug Jesse Trinque vor, ein Anwendungsingenieur bei CNC Software.

„Als Mastercam-Programmierer verwende ich weder G71 noch einen der anderen vorgefertigten Zyklen, die auf CNC-Maschinen zu finden sind, und kann Ihnen sagen, dass es viel effektivere Möglichkeiten gibt, ein Teil zu drehen“, sagte er. „Ja, für die manuelle Programmierung gibt es keine andere Wahl, und ich verstehe den Komfort, den diese Routinen mit sich bringen. Aber aus den gleichen Gründen, aus denen dynamisches Fräsen und andere Hochleistungs-Werkzeugwege den traditionellen Fräsansätzen eindeutig überlegen sind, ist auch die moderne, CAM-generierte Drehmaschinenprogrammierung besser als altmodische manuelle Methoden, insbesondere in Kombination mit einigen der neueren Drehwerkzeuge .“

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