Einfach Wuchten

Feingewuchtete Werkzeuge bringen zahlreiche Vorteile mit sich. Neben hoher Sicherheit sowie langen Werkzeug- und Spindelstandzeiten ist die Möglichkeit zur Produktivitätssteigerung das stärkste Argument. Denn nur wenn die Einheit aus Aufnahme und Werkzeug eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist, können optimale Bearbeitungsparameter gewählt werden. Daher gilt, lieber einmal zuviel gewuchtet.

Unwucht entsteht bei der Rotation durch ungleiche Gewichtsverteilung. Sie erzeugt Fliehkräfte, die mit der Drehzahl quadratisch ansteigen. Das heißt, bei gleicher Unwucht erzeugt eine Spindel bei 10.000 min-1 eine 25-mal so hohe Fliehkraft gegenüber einer Drehzahl von 2.000 min-1. Die Folgen der Unwucht sind vielfältig: Die Fliehkraft belastet die Spindellagerung, deren Lebensdauer nach Erfahrungswerten um etwa 50 Prozent sinkt. Da sich die Wirkrichtung der Fliehkraft mit der Drehung der Spindel ständig ändert, erzeugt sie Schwingungen, die sich auf die gesamte Maschine und speziell aufs Werkzeug übertragen. Erfahrungsgemäß wird die Werkzeugstandzeit bei ungewuchteten Gesamtwerkzeugen um 10 Prozent im Schnitt verkürzt. Erhöhte Werkzeugkosten sind die Folge. Um die Prozesssicherheit und das geforderte Bearbeitungsergebnis zu erreichen, müssen die Schwingungen reduziert werden. Ein Mittel dazu: Reduktion von Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe. Das führt zu ruhigerem Lauf – aber auch zu geringerem Zeitspanvolumen, also schlechterer Produktivität. Haimer, Spezialist für hochpräzise Werkzeugaufnahmen und Wuchttechnologie, verdeutlicht das Problem mit einigen einfachen Zahlen: Ein Bearbeitungszentrum kostet pro Stunde zirka 100 Euro (einschichtiger Betrieb, 1.600 Std. Laufzeit pro Jahr). Bei einer Steigerung der Zerspanleistung von nur 10 % spart man 10 Euro pro Stunde. Das sind 16.000 Euro pro Jahr. Willkommener Nebeneffekt: Die Spindeln leben länger. Unter dem Strich kommen über 20.000 Euro zusammen, die man sich mit einem gewuchteten System pro Jahr und Maschine sparen kann. Diese Zahlen relativieren das Argument „Eine Wuchtmaschine ist mir zu teuer“. Denn eine Wuchtmaschine amortisiert sich sehr schnell, wenn man die errechnete Summe betrachtet. Dass feingewuchtete Werkzeugaufnahmen ein Schritt in die richtige Richtung sind, ist unbestritten. Doch wie wirken sich die eingespannten Werkzeuge auf die Gesamtunwucht des Systems aus? Die Wuchtspezialisten von Haimer haben mit einem einfachen Versuchsaufbau nach Antworten gesucht. Auf einer Haimer Wuchtmaschine Tool Dynamic wurden Messungen mit je einem Weldon-, Spannzangen- und Schrumpffutter sowie einer Messerkopfaufnahme durchgeführt – alles feingewuchtete Haimer-Produkte mit einem Schaftdurchmesser von 20 mm in kurzer Ausführung. Die Messvorgaben waren: Wuchtgüte 2,5 bei Betriebsdrehzahl 25.000 min-1 / Messverfahren 1 Ebene (statisch). Zunächst hat Haimer bei den vier verschiedenen Werkzeughaltertypen die Unwucht an sich gemessen. „Bei den Aufnahmen war die Unwucht stets im Toleranzbereich, so wie sie sein sollte“, berichtet Qualitätsleiter Franz Ziegltrum. „Die anschließenden Messungen mit Werkzeugen in diesen feingewuchteten Aufnahmen brachten dann deutliche Unwuchten zu Tage – vor allem bei Werkzeugen mit Spannfläche, die heute noch sehr weit verbreitet sind.“ Bei zylindrischen Werkzeugschäften und symmetrischer Werkzeuggeometrie in Haimer Schrumpffuttern und Spannzangen ist keine nennenswerte Unwucht aufgetreten. Die gemessenen Werte lagen bei 0,8 oder 1,3 gmm. Franz Ziegltrum erklärt: „Werkzeuge mit zylindrischem Schaft und symmetrischen Schneiden tragen nur eine geringe Unwucht in sich. Die Schrumpffutter haben keine beweglichen Teile und spannen das Werkzeug zentrisch. Auch hier entsteht fast keine zusätzliche Unwucht. Bei den Spannzangenaufnahmen ist die Spannmutter problematisch, da sie unsymmetrisch aufgebaut ist. Deshalb werden die Muttern bei Haimer gesondert gewuchtet – ohne Aufpreis für den Kunden.“ Dagegen konnten Werkzeuge mit Spannfläche in keinem Fall die Vorgabe erreichen. Selbst in der Weldon-Aufnahme wurde eine tatsächliche Unwucht von 5,5 gmm gemessen, was einer Wuchtgüte von G8 entspricht und rein rechnerisch lediglich die Maximaldrehzahl von 7.600 min-1 zulässt. Im Spannzangenfutter wurde bei diesem VHM-Werkzeug mit Spannfläche sogar eine Wuchtgüte von G 29 und im Schrumpffutter von G 38 festgestellt. Das entspricht Maximaldrehzahlen von 2.700 oder 1.600 min-1. Für Franz Ziegltrum eine wichtige Erkenntnis: „Selbst feingewuchtete Schrumpf- und Spannzangenfutter werden durch unsymmetrische Werkzeuge oder durch Werkzeuge mit Weldon-Spannfläche ganz erheblich unwuchtig. Wer prozesssicher und wirtschaftlich arbeiten will, muss unbedingt nach jedem Werkzeugwechsel neu auswuchten.“ Ein ähnliches Ergebnis brachte die Messung bei der Messerkopfaufnahme: Mit eingesetztem Wendeplattenwerkzeug wurde eine Unwucht von 20,3 gmm festgestellt, was einer Wuchtgüte von G 23 entspricht. Der Grund: Wendeplatten sind montierbare Teile, die nicht unbedingt immer an der gleichen Stelle sitzen. Da der Messerkopf an sich durch die Art der Montage eine große Toleranz aufweist, ist die Position des Werkzeugs nicht hundertprozentig definiert. Auch hier ist ein gemeinsames Wuchten von Aufnahme und Werkzeug unerlässlich. Beim Thema Auswuchten gibt es oft noch Berührungsängste. Mit der richtigen Wuchtmaschine und einer praxisgerechten Software geht das Wuchten aber einfach und schnell. Der Bediener setzt die Werkzeugaufnahme in die Maschine und wählt im Menü die passenden Vorgaben aus. Von da an sagt ihm die Maschine, was zu tun ist. So ist es jedenfalls bei den Wuchtmaschinen Tool Dynamic. Der Wuchtvorgang ist weitgehend automatisiert. Bei einem Messlauf wird die Aufnahme in die Wuchtspindel eingespannt und in Drehung versetzt. Die Unwucht verursacht Fliehkräfte, die an der Wuchtspindel mit Kraftsensoren gemessen werden. Die Auswertung des Messsignals übernimmt die Software. Sie zeigt dem Bediener am Bildschirm an, wo er wie viel Material zu entfernen oder dazuzufügen hat. Schließlich stehen ihm zum Unwuchtbeseitigen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Der gesamte Wuchtvorgang ist schnell erledigt. Das Messen dauert maximal eine Minute, und mit Wuchtringen ist der Vorgang in zwei Minuten abgeschlossen. Muss man zum Masseausgleich mit dem Werkzeug auf eine Bohrmaschine, dauert das länger. Oder man nutzt gleich die neue Tool Dynamic Autodrill von Haimer. Mit dieser Maschine kann der Bediener in einem Arbeitsgang die Unwucht der Werkzeuge messen und durch Abbohren von Material beseitigen.

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