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Metallbearbeitung

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Ein vertikales Maschinenkonzept und eine schmierfreie Lösung in der Metallbearbeitung setzen Optimierungs- und Rationalisierungspotentiale frei. Das Erstere arbeitet ohne Bohrungsverlauf, Letztere erlangt schmierfrei hohe Stückzahlen in der Bearbeitung.

Beim Tieflochbohren lassen sich Bohrungen mit einer Tiefe vom bis zu 60-fachen des Werkzeugdurchmessers realisieren. Beim Maschinenkonzept der Hamburger Microdrill Technology GmbH sind die Arbeitsspindeln vertikal angeordnet, die Konstruktion ist kompakt.

Drei Jahre Forschung und Entwicklung gingen der Entwicklung der Gewindebohrer ohne Kühlschmiermittel der Titex Plus GmbH voraus. Der Schlüssel zum sicheren Gewindebohren ohne Kühlschmiermittel sind sehr große Spanwinkel.
Einsparung von Nebenzeiten
Die Maschine von Microdrill Technology bohrt vertikal von unten nach oben. Die Vorteile ihrer Konstruktion kommen besonders bei kleinen Bohrdurchmessern zum Tragen: Es gibt keinen Bohrungsverlauf, denn gegenüber horizontalen Maschinen wirkt sich die Schwerkraft nicht als Durchhängen des Werkzeuges aus, dessen biegekritische Drehzahl kann wesentlich heraufgesetzt werden. Die Schwerkraft sorgt für einen verbesserten Spänetransport. Damit sind höhere Vorschubgeschwindigkeiten möglich, und die Arbeitsgenauigkeit wird verbessert. Durch die ergonomische Be- und Entladung lassen sich die Nebenzeiten weiter reduzieren.
Kompakte Konstruktion
Die vierspindelige Tieflochbohrmaschine für Bohrdurchmesser von 0,9 mm bis 12 mm kann Werkstücke bis zu einer Tiefe von 360 mm bohren und hat Abmessungen von 1200mm x 1000 mm. Die ersten Maschinen laufen in der Serienfertigung im 20-Sekundentakt inklusive Werkstückwechsel (Bohrung 1,2 mm x 30 mm tief). Die Spindel mit Keramikhybridlagerung ist das Herzstück der Maschine. Bei 25.000 Umdrehungen pro Minute wird dem Werkzeug das Kühlmittel mit einem Druck von 150 bar zugeführt. Die präzisionsgelagerten Spannglocken und die hydraulisch/pneumatische Reitstockachse ermöglichen präzise Spannung dünnwandiger Werkstücke wie z.B. Knochenschrauben. Die zu durchbohrenden Wellen werden ergonomisch in die in optimaler Höhe angeordneten, standardisierten Spannkonen eingelegt.
Neben der Bearbeitung rotationssymmetrischer Teile können auch Werkstücke mit Koordinatenbohrungen bearbeitet werden. Aufgrund der vertikalen Anordnung der Bohrspindeln können diese Teile besonders einfach positioniert und gespannt werden. Solche Teile sind z.B. kleine Kurbelwellen, Zylinderköpfe, ABS-Blöcke. Erste Praxiserfahrungen wurden unter anderem aus der Automobilbranche zum Bohren von Ölkanälen in Kurbelwellen gesammelt.
Werkzeugüberwachung und Bedienung
Für die mit der Siemens S7 ausgestattete Maschine wurde eigens eine Software entwickelt. Deren Programmierung ist für den Bediener ohne CNC-Vorkenntnisse möglich. Besonderer Wert wurde auf die Überwachung der Werkzeuge und der damit verbundenen Prozess-Sicherheit gelegt. Die wichtigen Parameter wie Leistung, Öldruck oder Drehzahl werden online für jedes Werkzeug separat ausgewertet, bewertet und in entsprechende Reaktionen umgesetzt.
Laufeigenschaften: Linearführungen mit Kugelkette
Grundvoraussetzung für saubere Überwachungssignale ist die präzise Führung des Vorschubschlittens. Microdrill Technology setzt THK-Linearführungen mit Kugelkette der Type SHS ein. Die hervorragenden Laufeigenschaften haben die Werkzeugstandzeiten erheblich verlängert. Die Kugelkettentechnologie sorgt für einen wartungsfreien Betrieb der Linearführungen. Dadurch, dass die umlaufenden Kugeln der Laufwagen wie „am Schnürchen“ durch die Umlenkung gezogen werden, wurde das Laufverhalten der Führung gerade bei einem vertikalen Einsatz wesentlich verbessert. Das Laufverhalten des Führungssystems lässt sich an der Varianz des Verschiebewiderstandes messen: Diese ist bei den Kugelkettenführungen um Faktor 10 besser. Als Nebeneffekt ergibt sich eine erhebliche Geräuschreduzierung beim Verfahren des Vorschubschlittens. Dadurch, dass die umlaufenden Kugeln einen definierten Abstand zueinander haben und nicht mehr aneinander stoßen können, reduziert sich die Geräuschkulisse erheblich.
Ferndiagnose verbessert die Serviceleistungen
Alle Messwerte können auf einen externen PC übertragen werden! Die anschließende Auswertung mit Kalkulationsprogrammen wie Excel eröffnet dann weitere statistische Auswertungsmöglichkeiten, die sichere Aussagen über Verschleiß und Betriebsbedingungen ermöglichen. So können Tiefbohrspezialisten via Internet an einem anderen Ort beobachten, ob ein Bohrprozess sicher ist und welche Parameter eventuell geändert werden sollten.
Aussichten
Nach der Entwicklung der VDM1 sind von der Microdrill Technology GmbH weitere Entwicklungen im Bereich Tieflochbohrmaschinen zu erwarten. Daneben soll der Bereich Lohnbohren von Werkstücken mit kleinem Bohrmesser aufgebaut werden. Die Auslegung der Schienenführungen und des Kugelgewindetriebes sowie der Hochgenauigkeitslager ist von der SNR Wälzlager GmbH in Bielefeld durchgeführt worden.
Trockengewindebohrer aus Messing
Die Carl Leipold Metallwarenfabrik, Wolfach/Schwarzwald, auf die Fertigung von Präzisionsteilen aus Messing spezialisiert, stellt in drei Produktionsstätten im In- und Ausland Kleinteile für die Elektro- und Elektronikindustrie her. Dabei werden jährlich mehrere tausend Tonnen Messing zerspant. Eingesetzt werden dafür Bohrer vom Typ A1163 der Titex Plus GmbH. Mit diesen hinsichtlich Verjüngung und Fasenbreite modifizierten Bohrern kann die Zielgröße, 500.000 Teile mit einem einzigen Werkzeug völlig trocken und ohne Minimalmengenschmierung zu bearbeiten, sicher erreicht werden.
Ohne Kühlschmiermittel
Beim Gewindebohren bestätigt sich damit eine Tendenz, die zuvor schon in Projekten zur Trockenbearbeitung von Stahl zutage trat: Der Schlüssel zum sicheren Gewindebohren ohne Kühlschmiermittel liegt in sehr großen Spanwinkeln. Dahingehend wurden die Standard-Gewindebohrer vom Typ 1124 optimiert. Zusammen mit weiteren Geometrieoptimierungen wurde eine Gewindebohrerausführung gefunden, bei der auch ohne Kühlschmiermittel keine Materialaufschweißungen auftreten.
Der Entwicklung dieses Bohrertyps gingen etwa drei Jahre Forschung und Entwicklung voraus. Titex Plus beteiligte sich als Werkzeughersteller gemeinsam mit der Universität GH Paderborn, die systematische Untersuchungen beisteuerte, und der Hora-Werke GmbH in Bünde/Westfalen, die das Projekt durchführte.
SNR Wälzlager GmbH, Lineartechnik, 33719 Bielefeld
Günther & Co. GmbH,
60489 Frankfurt
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