Spannfutter im Vergleich
Die Leistungsmerkmale spanender Werkzeuge haben trotz ihres verhältnismäßig geringen Anteils an den Gesamt-Herstellungskosten großen Einfluss auf die Produktion. Um die damit zusammenhängenden Auswirkungen auf die Kalkulation sowie auf die Maschine und ihr Umfeld optimieren zu können, kommt der Werkzeugspannung eine entscheidende Bedeutung zu. In einer Vergleichsstudie wurden deshalb unterschiedliche Spannfutter vor allem hinsichtlich Genauigkeit und Zeitspanungsvolumen untersucht.
Spannfutter übertragen die Maschinenleistung von der Spindel auf das Werkzeug und müssen dabei Flieh-, Zug- und Druckkräfte, Torsions- und Biegebelastungen sowie die durch den Zahneingriff entstehenden Schwingungen aufnehmen. Zur Reduzierung dieser Einflüsse ist eine Vielzahl technologischer und wirtschaftlicher Anforderungen zu erfüllen. Die wichtigsten prozessabhängigen Anforderungen betreffen die übertragbaren Drehmomente und Axialkräfte, die Biegesteifigkeit, Rundlaufeigenschaften, Wuchtgüte, Dämpfungseigenschaften und die Spannbarkeit von h6- und HSS-Schäften. Die vom Prozess unabhängigen Anforderungen beziehen sich auf die Variantenvielfalt an der Trennstelle, die verfügbaren Schnittstellen, die Störkontur oder Werkstückzugänglichkeit, das einfache Handling, die Genauigkeit der Längenvoreinstellung und die Fähigkeit zur Minimalmengenschmierung. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit sind besonders die Stückkosten für Spannfutter und Spannperipherie, die Werkzeugwechsel- und Voreinstellzeit, der Wartungsaufwand und die Lebensdauer zu beachten. Ein wesentliches Bewertungskriterium für das Arbeitsergebnis und den wirtschaftlichen Einsatz beim Fräsen ist das erzielte Zeitspanungsvolumen. Über die diesen Sachverhalt beeinflussenden Faktoren sollte eine vergleichende Untersuchung zwischen handelsüblichen Schrumpf- und Hydrodehnspannfuttern sowie APC-Präzisionsspannfuttern der Firma Albrecht grundlegende Informationen liefern. Dabei kamen Spannfutter verschiedener Durchmesser zur Bestimmung der ratterfreien Grenzschnitttiefen und Standzeiten beim Fräsen in Stahl und in Aluminium zum Einsatz. Für die Ermittlung der Haltemomente wurden die Spannfutter mit einem definierten Moment gespannt, das dann an einem gespannten Dorn über einen Drehmomentschlüssel abgenommen wurde. Das patentierte Spannfutter überträgt durch ein Schneckengetriebe in Verbindung mit einer speziellen Spannhülse und einem flachen Kegelwinkel höchste Spannkräfte. Sein Haltemoment beträgt bei einem Spanndurchmesser von 12 mm mindestens 200 Nm, bei einem Spanndurchmesser von 32 mm etwa 750 Nm. Innerhalb dieses Durchmesserbereiches übersteigen die Haltemomente des Präzisionsspannfutters die des Hydrodehnspannfutters um das 3- bis 1,7-fache und die des Schrumpffutters um das 1,7- bis 1,2-fache. Zudem überzeugt das zweigeteilte Spannfutter durch eine hohe Steifigkeit und Vibrationsdämpfung und die hohe Wuchtgüte von G 2,5 bis 20.000 1/min. Besonders bemerkenswert ist die Rundlaufgenauigkeit von ≤ 3 µm bei 2,5 x D. Beim Vollnutfräsen in Stahl mit einem Verhältnis von Eingriffsbreite zu Durchmesser (ae/d)von 1 erlaubt das Präzisionsspannfutter hohe axiale Zustellungen. Auch beim Gleichlauffräsen mit ae/d von 0,25 ist erkennbar, dass mit dem APC-Futter im Vergleich mit den anderen Werkzeugaufnahmen höhere Zeitspanungsvolumen erzielbar sind. Die Versuche zeigten, dass das Präzisionsspannfutter APC – vor allem bei der Zerspanung von Stahl – hinsichtlich Werkzeugstandzeiten, Zeitspanvolumen und Rundlaufgenauigkeit sehr gute Ergebnisse erreicht. Bei höheren Drehzahlen von 15.000 1/min sind beispielsweise bei Aluminium-Knetlegierungen, speziell bei kleinen Fräserdurchmessern und damit geringen Kräften, maximale Axialzustellungen möglich. In der kleinen Ausführung mit 10 mm Spanndurchmesser überzeugen die APC-Futter mit einer sehr hohen Dämpfung und insbesondere bei kleinen Auskraglängen auch durch geringe Nachgiebigkeiten. Bei hohen Drehzahlen unterstützt das Konstruktionsprinzip eine Art Nachspanneffekt, der die Gefahr des Herausziehens der Werkzeuge aus der Spannhülse mindert. Als sehr anwenderfreundlich erweist sich der gekapselte Spannmechanismus, der Verschmutzungen weitgehend verhindert.
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