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  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Wir kennen alle die klassische Frage: Was passiert, wenn man eine brennende Zigarette in den Benzintank eines Autos wirft? Zunächst einmal: Probieren Sie das nicht aus – aber die Antwort könnte Sie überraschen. In den meisten Fällen würde nichts passieren. Das liegt daran, dass das Innere eines Benzintanks nicht reich an Sauerstoff ist und Feuer Sauerstoff benötigt, um sich zu entzünden und aufrechtzuerhalten. Es ist zwar möglich, dass sich Benzindämpfe in der Nähe der Tanköffnung entzünden, aber die Zigarette selbst würde wahrscheinlich erlöschen, sobald sie auf den flüssigen Kraftstoff trifft. Dennoch ist das Entzündungsrisiko nicht gleich Null – genau deshalb lohnt es sich nicht, diese Theorie zu testen.

    Schleifmaschinen können ein erhebliches Brandrisiko darstellen, vor allem weil die meisten Bearbeitungsprozesse auf Kühlschmierstoffe angewiesen sind. Dies gilt insbesondere für CNC-Schleifmaschinen. Im Gegensatz zur Trockenbearbeitung (z. B. Fräsen) ist Trockenschleifen aufgrund der wichtigen Rolle des Kühlmittels bei der Wärmeableitung und Reibungsreduzierung eher selten.

    Ein Stichflammenfeuer in einer CNC-Schleifmaschine wird in der Regel durch Dämpfe und Ölnebel entzündet, nicht durch das Kühlöl selbst. Kühlöle sind zwar leicht entzündlich, aber es sind die von ihnen abgegebenen Dämpfe, die eine Brandgefahr darstellen. Dies unterstreicht die Bedeutung der wichtigsten Regel zur Verhinderung von Bränden in CNC-Maschinen: die Integration eines effektiven und effizienten Ölnebelabscheider.

    Bei der Auswahl eines Schleiföls ist es wichtig, den Flammpunkt zu vergleichen. Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich der Nebel einer Flüssigkeit entzünden kann, wenn er einer Zündquelle ausgesetzt ist, z. B. durch Reibungswärme oder heiße Metallspäne. Oft wird angenommen, dass synthetische Öle einen höheren Flammpunkt haben als mineralische Öle. In der Praxis haben die in der CNC-Schleifindustrie üblicherweise verwendeten vollsynthetischen Öle jedoch einen Flammpunkt, der mit dem von hochwertigen mineralischen oder halbsynthetischen Ölen vergleichbar ist. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Viskosität, desto höher der Flammpunkt. Umgekehrt bieten Öle mit niedrigerer Viskosität Vorteile wie eine verbesserte Kühlleistung, höhere Vorschubgeschwindigkeiten und eine längere Lebensdauer der Schleifscheibe an. Der Schlüssel liegt darin, ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden konkurrierenden Vorteilen zu finden.

    Potentielle Hauptursachen für Stichflammen in CNC-Schleifmaschinen sind:

    • Materialien wie HSS und andere Stahllegierungen erzeugen beim Schleifen mehr Reibungswärme als Hartmetall.

    • Bei unbemannten Betriebsabläufen ist das Risiko höher, da ein Aufflammen ohne sofortiges Eingreifen des Bedieners schnell zu einem Großbrand eskalieren kann.

    • Eine zu aggressive Materialabtragung kann zu übermäßiger Reibung führen und möglicherweise eine gefährliche Situation verursachen.

    • Eine unsachgemäße Einrichtung durch den Bediener kann zu Scheibenzusammenstößen oder übermäßiger Wärmeentwicklung führen.

    • Beim Schleifen langer, dünner Teile, wie z. B. Edelstahl oder HSS, können anhaftende Verformungen der Teile zu Fehlladungen oder Scheibenzusammenstößen führen.

    • Eine unzureichende oder fehlende Nebelabsaugung ist ein weiterer kritischer Faktor.

    • Abgenutzte galvanisierte Scheiben, deren Verschleißmuster schwer zu überwachen sind, können den Stahlkörper freilegen und Reibung verursachen, anstatt Material effizient abzutragen.

    In meinem nächsten Artikel werde ich die verschiedenen Löschmittel, die Rolle einer Explosionsklappe und die Bedeutung einer ordnungsgemäßen Nebelabsaugung erläutern.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Im letzten Artikel haben wir die häufigsten Ursachen für Brände in CNC-Maschinen untersucht. Nun werden wir die Maschinenmerkmale betrachten, die das Brandrisiko verringern, und den tatsächlichen Ansatz zur Brandbekämpfung skizzieren.

    Die Bedeutung einer geeigneter Nebelabsaugung kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ölnebel ist die primäre Zündquelle, und eine Reduzierung von Nebel und Dämpfen in der Luft ermäßigt das Brandrisiko. Durch das Auffangen und Entfernen dieser Partikel beseitigt ein ordnungsgemäß konstruierter Ölnebelabscheider potenzielle Brandstoffe.

    Die gängigsten Nebelabsauger in diesem Bereich sind elektrostatische Geräte. Sie laden Öltröpfchen elektrisch auf und ziehen sie auf entgegengesetzt geladene Platten oder Gitter, wodurch der Nebel effizient aus dem Luftstrom entfernt wird. Zentrifugale Nebelabscheider verfolgen einen anderen Ansatz: Ein Hochgeschwindigkeitsflügelrad dreht die kontaminierte Luft und drückt die Tröpfchen nach außen auf Auffangflächen, wo sie gesammelt und entfernt werden können.

    Wenn ein Ölnebelabscheider an ein zentrales Lüftungsnetzwerk angeschlossen ist, sollte eine Brandschutzklappe – auch Absperrklappe genannt – installiert werden. Diese Klappe schließt sich automatisch, wenn das Feuerlöschsystem aktiviert wird, isoliert das Rohrleitungssystem der Maschine und verhindert, dass sich die Flammen über das Lüftungsnetzwerk der Fabrik ausbreiten.

    Eine weitere wichtige Sicherheitskomponente ist die Explosionsklappe (Druckentlastungsklappe). Ein durch Ölnebel entfachter Brand löst zwar nicht immer eine vollständige Explosion aus, aber eine schnelle Entzündung kann einen plötzlichen Druckanstieg verursachen, der stark genug ist, um einen Glasbruch der Fenster zu verursachen und die Bediener zu gefährden.

    Diese Explosionsklappe ist ein federbelasteter Deckel, der auf der Maschinendecke montiert ist und sich ausschließlich als Reaktion auf internen Überdruck öffnet. Er ist an einem Scharnier befestigt und durch eine Sicherheitskette gesichert, damit er nicht zu einem gefährlichen Projektil wird. Wenn er sich hebt, löst er einen integrierten Schalter aus, der sofort das Feuerlöschsystem aktiviert.

    Die Branderkennung in CNC-Maschinen basiert in der Regel auf einer dieser beiden Methoden:

    Unter Gasdruck gesetzte Detektionsschläuche: Ein Netzwerk aus wärmeempfindlichen Polymerschläuchen wird über den Arbeitsbereich verlegt und steht unter ständigem Gasdruck. Wenn die Schläuche durch einen Brand hohen Temperaturen ausgesetzt werden, erweicht das Polymer und reißt, was zu einem plötzlichen Druckabfall führt, der automatisch das Löschsystem auslöst.

    Elektronische Detektoren: Thermische oder optische Sensoren (Wärmemelder oder Flammenmelder) werden an strategischen Stellen mit hohem Risiko im Inneren der Maschine angebracht. Wenn die Umgebungstemperatur oder die Lichtsignatur einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet, sendet der Detektor ein elektronisches Signal, um das Löschmittel auszulösen.

    Brandbekämpfungssysteme schützen CNC-Bearbeitungs- und Schleifmaschinen, indem sie den Arbeitsbereich mit einem Löschmittel überfluten, das den Flammen den Sauerstoff entzieht und den Verbrennungsprozess unterbricht. Zu den häufig verwendeten Löschmitteln gehören Kohlenstoffdioxid (CO2) und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie FM-200 oder ähnliche Gase. Die Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes (vfdb) definiert ein sauberes Löschmittel (Clean Agent) als „gasförmiges Feuerlöschmittel, das elektrisch nicht leitfähig ist und nach der Verdampfung keine Rückstände hinterlässt”.

    In modernen Fertigungsanlagen wäre der Betrieb von CNC-Maschinen mit Kühlöl ohne spezielle Brandschutzmaßnahmen unverantwortlich. Viele Unternehmensversicherungen schreiben die Installation und regelmäßige Wartung von Brandschutzsystemen vor.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Die Reduktion der Zeit und Häufigkeit von Maschinen Ein -oder Umrichtungen an CNC-Schleifmaschinen ist für die Steigerung der Produktivität von entscheidender Bedeutung. In diesem Artikel stelle ich sieben effektive Strategien zur Optimierung Ihrer CNC-Schleifvorgänge vor. Diese Strategien sind zwar auf verschiedene CNC-Schleifmaschinen anwendbar, die unten aufgeführten jährlichen Einsparungsschätzungen beziehen sich jedoch speziell auf das CNC-Werkzeugschleifen.

    Ein standardisierter Ansatz für diese Strategien ist unerlässlich und muss mit der Methodik der Lean-Manufacturing-Prinzipien in Einklang stehen. Prozessdisziplin, tägliche Verantwortlichkeit und visuelles Management können nahtlos in den Produktionsprozess integriert werden und fördern ein Programm, das kontinuierliche Verbesserungen (continuous improvement) unterstützt.

    • Achten Sie auf eine präzise Kalibrierung der Maschine, einschließlich der integrierten Messgeräte und Messvorrichtungen. Eine ungenau kalibrierte Maschine führt zu Zeit- und Materialverschwendung, da mehr Rohlinge als nötig benötigt werden, um das erste akzeptable Teil herzustellen.

    • Verwenden Sie präzise Schleifspindeln und Schleifkörper mit einer Lochtoleranz von H5 (0/+0,010 mm). Ebenso wichtig ist es, die Schleifscheibe auf der für die Maschine vorgesehenen Schleifscheibenaufnahme abzurichten und voreinzustellen, um einen Wechsel zwischen den Aufnahmen zu vermeiden.

    • Achten Sie auf eine präzise Schleifscheibenabrichtung, da bei einem Unrundlauf nur ein Drittel des Scheibenumfangs effektiv schleift. Viele Bediener entscheiden sich für die Abrichtung eines kleinen, vordefinierten und programmierbaren Eckenradius, um die Haltbarkeit der Ecken zu erhöhen und die Notwendigkeit häufiger Nachjustierungen, bis sich der Verschleiß auf natürliche Weise stabilisiert hat, zu verringern.

    • Achten Sie auf eine präzise Auswuchtung der Scheibe mit einer typischen Auswuchtklasse von G2,5, was einer Restunwucht von ca. 2,5 g.mm/kg bei 1.000 U/min entspricht.

    • Eine genaue Voreinstellung (Messung) der Scheibe ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Voreinstellgerät den Eckenradius sowie alle anderen Abmessungen der Scheiben präzise erfasst.

    • Verwenden Sie eine Präzisionsschleifsoftware mit robusten Werkzeugkonstruktionsfunktionen. Die Software sollte den Eckenradius genau in die Berechnungen integrieren und detaillierte 3D-Simulationen und Maschinenanimationen für eine höhere Präzision unterstützen.

    • Stellen Sie eine thermisch stabile, hochpräzise Kühlmittelölzufuhr sicher. Alle Schleifspindelmotoren sollten über eine interne Ölkühlung verfügen, und es wird ein hochpräziser Kühlmittelkühler empfohlen, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, selbst wenn das Ölvolumen schwankt, wenn andere Maschinen in der Anlage ein- oder ausgeschaltet werden.

    Hier sind Beispiele für potenzielle jährliche Einsparungen pro CNC-Werkzeugschleifmaschine, basierend auf einer Reduzierung der Rüstzeit von 52 Minuten auf 45 Minuten und einer Reduzierung des Ausschusses um 2 Teile pro Rüstvorgang:

    Bei einer Losgröße von 150 betragen die jährlichen Einsparungen 6.090 EUR bei einer Zykluszeit von 7 Minuten und 3.890 EUR bei einer Zykluszeit von 15 Minuten. 

    Bei einer Losgröße von 50 betragen die jährlichen Einsparungen 15.330 EUR bei einer Zykluszeit von 7 Minuten und 10.440 EUR bei einer Zykluszeit von 15 Minuten. 

    Bei einer Losgröße von 15 betragen die jährlichen Einsparungen 38.990 EUR bei einer Zykluszeit von 7 Minuten und 29.970 EUR bei einer Zykluszeit von 15 Minuten.

    Diese geschätzten jährlichen Einsparungen basieren auf bestimmten Annahmen hinsichtlich der Anzahl der Bediener, der Maschinenverfügbarkeit, des Stundenlohns und der Kosten für Schleifscheiben.

    Die Umsetzung dieser Strategien kann die erforderliche Anzahl von Einrichtungsvorgängen erheblich reduzieren, die Effizienz und den Durchsatz steigern und gleichzeitig die Gesamtqualität Ihrer Schleifprozesse verbessern.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Schneidwerkzeuge aus PCD (polykristallinem Diamant) werden in der Luft- und Raumfahrtfertigung aufgrund ihrer außergewöhnlichen Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen und Metallen zunehmend bevorzugt. CFRP (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) wird häufig im Flugzeugbau eingesetzt, um das Gewicht zu minimieren und die Treibstoffeffizienz zu verbessern. Aluminiumlegierungen werden wegen ihres hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer zuverlässigen strukturellen Integrität geschätzt. Titanlegierungen hingegen werden vor allem in hochfesten Anwendungen wie Triebwerkskomponenten und Flugzeugzellen eingesetzt, wo überlegene Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit entscheidend sind.

    PCD-Schneidwerkzeuge bieten gegenüber herkömmlichen Hartmetallwerkzeugen erhebliche Vorteile, vor allem aufgrund der extremen Härte von Diamant, die sie außergewöhnlich verschleißfest macht. Ihre überlegene Haltbarkeit reduziert die Notwendigkeit häufiger Werkzeugwechsel und minimiert dadurch Ausfallzeiten und Produktionsunterbrechungen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das Bohren von Nietlöchern – von denen Tausende an einem Flugzeugrumpf erforderlich sind –, wo PCD-Senkbohrer erhebliche Effizienz- und Leistungsvorteile bieten können.

    CNC-Laserschneidmaschinen sind für die Bearbeitung ultra-harter Werkstoffe unverzichtbar. Diese fortschrittlichen Systeme arbeiten mit 5 oder 6 gleichzeitig interpolierenden CNC-Achsen und verwenden Laserquellen, die mit Impulsgeneratoren im Nanosekunden-, Pikosekunden- oder Femtosekunden Bereich ausgestattet sind (eine Femtosekunde entspricht einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde). Der hochfokussierte Laserstrahl bewirkt eine schnelle lokale Erwärmung und Verdampfung des Materials entlang der Schnittbahn und erzeugt saubere und präzise Schnitte ohne direkten Kontakt zwischen Werkzeug und Material.

    Im Vergleich zum Schleifen erzeugt das Laserschneiden außergewöhnlich scharfe und präzise Schnittkanten an PCD-Werkzeugen. EDM (Elektroerosion) kann zwar ebenfalls zur Bearbeitung von PKD verwendet werden, verursacht jedoch häufig mikroskopische Oberflächenschäden (ca. 0,025 – 0,05 mm), die für bestimmte Anwendungen nicht akzeptabel sein können. Für Schneidwerkzeuge in der Luft- und Raumfahrtindustrie wird EDM aufgrund dieser potenziellen Probleme mit der Oberflächenintegrität im Allgemeinen nicht empfohlen. Wir werden EDM und EDG (Elektroerosionsschleifen) in einem zukünftigen Artikel näher beleuchten.

    Das Laserschneiden reduziert dank seines einzigartigen berührungslosen Materialabtragungsmechanismus Mikroausbrüche an der Schneide erheblich und beseitigt sie oft sogar vollständig. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit, komplizierte und komplexe Geometrien zu erstellen – wie enge Innenecken, Aussparungen und Taschen –, die mit herkömmlichem Schleifen nur schwer oder gar nicht zu realisieren sind.

    Einige CNC-Lasermaschinen bieten auch die Möglichkeit der „Materialablation”, die sich grundlegend vom Schneiden unterscheidet. Bei diesem Verfahren verändert der Laser das Material entlang einem vorprogrammierten Weg dauerhaft, aber anstatt es zu durchschneiden, wird nur eine dünne Oberflächenschicht entfernt. Dieses kontrollierte Schmelzen und Verdampfen der Oberfläche werden als Ablation bezeichnet. Typische Anwendungen sind die Herstellung von Spanbrechern oder die Formung anderer komplexen Oberflächentopografien.

    Auf der Hartmetallseite sind Femtosekundenlaser in der Lage, einen gesamten Mikro-Hartmetallbohrer zu bearbeiten (Materialabtragung). Lasersysteme können auch ultraharte Materialien wie CBN (kubisches Bornitrid), CVD (chemisch abgeschiedener Diamant), MCD (monokristalliner Diamant), natürlicher Diamant und verschiedene keramikbasierte Materialien bearbeiten. Sowohl CVD als auch Hochleistungskeramik finden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Härte, Verschleißfestigkeit und thermischen Stabilität zunehmend Verbreitung in der Schneidwerkzeugindustrie.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Die verschiedenen CNC-Rundschleifvorgänge lassen sich in drei Haupttypen einteilen: spitzenloses Schleifen, Schälschleifen, welches Form- und unrunde Formen umfasst, sowie Rundschleifen, das Einstech-, Außen- und Innen-Schleifen einbegreift.

    Beim spitzenlosen Schleifen wird das Werkstück auf einer Führungsschiene (Auflagelineal) gelagert, durch Kontakt mit einer langsamen rotierenden Regelscheibe gedreht und mit einer schnell rotierenden Schleifscheibe geschliffen. Diese Technik ermöglicht das Schleifen langer (und manchmal dünner) Teile ohne die Notwendigkeit von Lünetten, und trägt dazu bei, durch Durchbiegung verursachte Unrundlauf oder Verjüngung zu minimieren. Die drei Hauptvarianten des spitzenlosen Schleifens sind Durchgangsschleifen, Einstechschleifen und Stirnschleifen.

    Beim Durchlaufschleifen ist die Schleifscheibe relativ zu den beiden anderen Achsen leicht abgewinkelt, um eine horizontale Zuführung des Werkstücks zu ermöglichen.

    Beim Einstechschleifen unterscheidet sich der Prozess vom Durchlaufschleifen dadurch, dass das Teil in einer radialen Bewegung rechtwinklig in die Schleifscheibe eingeführt wird. Die Schleifscheibe kann so abgerichtet werden, dass sie dem für das Teil erforderlichen spezifischen Profil entspricht.

    Beim Endvorschubschleifen wird das Teil axial in die Maschine zum Schleifen eingeführt. Nach Abschluss des Schleifvorgangs wird das Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt, um so von der Schleifschiebe wegzufahren.

    Beim Schälschleifen wird das gesamte Material in einem oder mehreren Schleifdurchgängen entfernt. Die wichtigste Anforderung ist die Verwendung einer Methode, die die Wärmeentwicklung auf der Werkstückoberfläche minimiert. Im weitesten Sinne kann man es mit CNC-Drehen mit Drehmeißel vergleichen, da es sich um ein Punktschleifen handelt, bei dem ein enger Bereich der Schleifscheibe die Kontur des Werkstückes wie ein Drehmeißel abfährt.

    Schleifscheiben, die sich für das Punktschleifen eignen, sind in der Regel verschleißarme Diamant- oder CBN-Scheiben, die mit höheren Drehzahlen als üblich arbeiten. Das Punktschleifen reduziert die Kontaktzone zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück und minimiert so die Wärmeentwicklung.

    Eine Weiterentwicklung im Schälschleifen ist eine Methode, die als Klemmschleifen bezeichnet wird. Beim Klemmschleifen wird ein rotierender Rohling zwischen zwei gegenüberliegenden Schleifscheiben bewegt. Das Werkstück wird zwischen einer Schruppscheibe und einer Schlichtscheibe mit deutlich unterschiedlichen Korngrößen „eingeklemmt”. Die Schlichtscheibe folgt der Schruppscheibe mit einem sehr geringen axialen und radialen Abstand.

    Das patentierte Klemmschleifen für das Schleifen von unrunden Werkstücken wird für die Stanzindustrie verwendet, darunter Formstempel aller Arten, Tablettenstempel und andere unrunde Teile.

    Beim Rund- und Einstechschleifen wird das Teil während des Schleifvorgangs auf einem Werkstückträger gespannt. Dies kann mit oder ohne Verwendung eines Reitstocks erfolgen.

    Beim Außenrundschleifen bewegt sich die Schleifscheibe entlang der Achse des Werkstücks, hauptsächlich axial, aber auch radial. In der Regel ist die gesamte Breite der Schleifscheibe mit dem Werkstück in Kontakt.

    Beim Innenrundschleifen wird eine Schleifscheibe (oder ein Schleifstift), die kleiner ist als die zu schleifende Innenbohrung, in die Mitte des Teils eingeführt. Die Drehzahl der Schleifspindel muss hoch genug sein, um eine ausreichende Oberflächengeschwindigkeit auf dem relativ kleinen Schleifstift zu erreichen.

    Beim Einstechschleifen wird die Schleifscheibe vorab so abgerichtet, dass sie dem erforderlichen Profil des Teils entspricht, und dann radial in das Werkstück bewegt.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    In der Schleifbranche finden CNC-Abrichtmaschinen für Schleifscheiben zunehmend Verbreitung. Traditionell wurde das Abrichten von Scheiben manuell durchgeführt, was Geschicklichkeit und Präzision erforderte. Die CNC-Technologie bietet jedoch eine effizientere und präzisere Alternative.

    Ein kurzer Hinweis zum Unterschied zwischen Abrichten und Reinigen: Während beim Abrichten die Geometrie einer Schleifscheibe wiederhergestellt wird, erneuert das Reinigen ihre Schneidfähigkeit. In der Praxis finden diese beiden Prozesse jedoch oft gleichzeitig statt. Wenn eine abgenutzte Diamant- oder CBN-Scheibe zum „Abrichten” entfernt wird, wird sie sowohl gereinigt als auch abgerichtet. Mit der Zeit wird die Form der Scheibe durch Verschleiß uneben, während sich Schleifrückstände und Späne ansammeln, die Oberfläche verstopfen und verhindern, dass abgenutzte Diamantkristalle abfallen. Daher ist das, was gemeinhin als Abrichtprozess bezeichnet wird, in Wirklichkeit sowohl Reinigen als auch Abrichten.

    Auf dem Markt werden zwei Arten von CNC-Abrichtmaschinen angeboten: halbautomatische und vollautomatische. Halbautomatische Maschinen werden in der Regel für das Abrichten einzelner Scheiben verwendet und erfordern die Anwesenheit eines Bedieners während des Prozesses. Vollautomatische Maschinen verfügen über zusätzliche CNC-Achsen, die eine vollständige Automatisierung ohne manuelles Eingreifen ermöglichen. Diese Maschinen sind in der Lage, ganze Scheibenpakete abzurichten – mehrere Scheiben, die auf einem einzigen Scheibenflansch montiert sind und üblicherweise beim Werkzeugschleifen verwendet werden.

    Die Abrichtscheibe besteht aus herkömmlichen Schleifmitteln, in der Regel Aluminiumoxid (weiß) oder Siliziumkarbid (grün). Während des Abrichtvorgangs drehen sich beide Scheiben mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten gegeneinander.

    Das Verschleißverhältnis zwischen einer Diamantschleifscheibe und der Abrichtscheibe wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter lineare und rotierende Geschwindigkeiten, Schleifmitteltyp und Bindematerial. Im Allgemeinen liegt das Verschleißverhältnis zwischen der Abrichtscheibe und der superabrasiven Scheibe zwischen 10:1 und 100:1, was bedeutet, dass die Abrichtscheibe 10- bis 100-mal schneller verschleißt als die superabrasive Scheibe. Dieser Verschleiß ist jedoch ungleichmäßig und schwer genau vorherzusagen. Um die Genauigkeit in vollautomatischen Maschinen zu gewährleisten, ist eine kontinuierliche Kompensation erforderlich. Dies wird durch eine automatische Spaltdetektion erreicht, die als akustischer Emissionssensor (AE-Sensor) bezeichnet wird und den Kontakt zwischen den Scheiben erkennt. Dieser Detektionsprozess muss nach jedem einzelnen Scheibendurchlauf wiederholt werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

    Die CNC-Programmierung für einen vollautomatischen Abrichtprozess erfordert eine manuelle Vorabmessung der Scheiben vor dem Abrichten. Anschließend muss der Bediener die gewünschten Endformen in das Steuerungssystem eingeben. Eine CNC-Abrichtmaschine mit 6 Achsen kann Winkel und Radien präzise und automatisch abrichten, und so nahtlose Übergänge zwischen beiden erzielen.

    Ein wesentlicher Schritt im automatischen Abrichtprozess ist die abschließende Vorbereitung der Bindung. Während des Abrichtens wird die Bindung abgetragen, damit sich abgenutzte Diamantkristalle lösen können, aber der Prozess hinterlässt auch eine „geschlossene” Oberfläche der Scheibe, was ihre Schleifleistung einschränkt. Um die optimale Leistung wiederherzustellen, müssen neue, scharfe Kristalle aus der Oberfläche herausragen – ein Prozess, der als „Öffnen” oder „Schärfen” bezeichnet wird. CNC-Abrichtmaschinen können dies erreichen, indem sie nach dem Abrichten die Drehzahlparameter beider Scheiben anpassen.

    Schließlich benötigen diese Maschinen eine kontinuierliche Zufuhr von Kühlöl, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Menge an herkömmlichen Schleifkörnern, die während des Abrichtprozesses anfallen, werden in der Regel Papierfiltersysteme eingesetzt, um eine saubere und effiziente Ölfiltration zu gewährleisten.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Das Nachschärfen von konischen Fräsern stellt besondere Herausforderungen dar. In diesem Artikel möchte ich einige grundlegende technische Punkte von konischen Fräsern erläutern. Es gibt zwei Arten von konischen Fräsern mit spiralförmigen Nuten: solche mit konstantem Drallwinkel (Spiralwinkel) und solche mit konstanter Steigung. Die meisten konischen Fräser weisen  einen konstanten Drallwinkel auf.

    Die Definition eines konstanten Drallwinkel ist, dass der Spiralwinkel entlang der Schneidkante gleichbleibt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Schneidleistung im gesamten Schneidbereich. Im Gegensatz dazu bedeutet das Nuten-Design mit konstanter Steigung, dass der spiralförmige Vorschub pro Umdrehung entlang der Werkzeugachse gleichmäßig ist, wodurch sich der Drallwinkel entlang des Kegels ändern muss.

    Kehren wir zu den Grundlagen zurück. Hier sind die Formeln für die Berechnung der Steigung:

    Steigung = (3,1416 x Durchmesser) \ Tan Drallwinkel

    Tan Drallwinkel = (3,1416 x Durchmesser) \ Steigung

    Beispielsweise hat ein 15-Grad-Konuswerkzeug mit einem Spitzendurchmesser von 6 mm, einer Schnittlänge von 60 mm und einem konstanten Dralllwinkel von 30 Grad eine variablen Steigung von 34,50 mm am Spitzenende bis 125.50 mm hinten an der Schaftseite.

    In früheren Jahren, als CNC-Werkzeugschleifprogramme noch weniger ausgereift waren, konnten nur konische Werkzeuge mit „konstanter Steigung” mehrfach erfolgreich nachgeschliffen werden. Mit den Fortschritten in der Werkzeugschleifsoftware können nun jedoch auch die meisten konischen Werkzeuge mit „konstanter Drallwinkel” bis zu einem gewissen Grad nachgeschliffen werden.

    Stellen Sie sich vor, Sie schleifen einen zylindrischen Schaftfräser nach, bei dem Steigung und Spiralwinkel konstant bleiben. Die Schleifscheibe folgt der Steigung und stellt denselben konstanten Spiralwinkel wieder her. Bei einem konischen Werkzeug ist dies nicht der Fall. Wenn die Schleifscheibe nicht genau dem spiralförmigen Drallverlauf der Nute (d. h. der Steigung) folgt, ändert sich der effektive Spiralwinkel (Drallwinkel). Diese Änderung des Drallwinkels ist jedoch geringfügig. Erfahrungsgemäß beträgt die Änderung des Drallwinkels beim Nachschleifen eines 10-Grad-Kegelfräsers mit einem Spitzendurchmesser von 6 mm nur etwa 1-2 Grad an der Vorderseite und noch weniger an der Rückseite. Je größer der Kegelwinkel, desto stärker ändert sich der Drallwinkel.

    Wenn das Programm gezwungen ist, genau denselben Spiralwinkel wiederherzustellen, muss es die Steigung ändern, was zu einer ungleichmäßigen Materialabtragung entlang der Nute führt. Dies ist in der Regel kein Problem, aber nach mehreren Nachschliffen verringert sich schließlich die Stegbreite an der Spitze des Fräsers und die Schneide wird schwächer.

    Dieses Problem tritt bei Kugelfräsern stärker hervor, da sie mehr Materialabtrag erfordern, um die Kugelgeometrie an der Vorderseite nachzuschleifen. Bei einem konischen Fräser verjüngt sich die Stegbreite natürlich zur Spitze hin, was es schwierig macht, den ursprünglichen Spiralwinkel (oder die Steigung) von der Rückseite (dicker Steg) bis zur Spitze (dünner Steg) gleichmäßig beizubehalten.

    Die meisten CNC-Werkzeug-Designprogramme bieten die Möglichkeit, die vorhandene Schneide zu digitalisieren. Wenn die Nut nicht nachgeschliffen wird, kann man einfach die Freiwinkel an der Schneide nachschleifen und dabei den exakten Spiralwinkel beibehalten. Das Nachschleifen der Nut wird jedoch im Allgemeinen empfohlen, da sich Materialablagerungen und Rückstände in der Nut ansammeln können. Dies gilt insbesondere für die Bearbeitung von Aluminium und Stahllegierungen in der Luft- und Raumfahrtbranche.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Ein Aspekt, der beim Nachschleifen von Bohrern häufig übersehen wird, ist der Rundlauf während der Schaft des Bohrers in der Spannzange aufgenommen ist.

    Der Rundlauf eines Bohrers, ob neu oder nachgeschliffen, wird durch die so genannte „Lippenhöhe“ definiert. Dieses Maß ist der Höhenunterschied zwischen den beiden Schneidkanten relativ zur Achse des Bohrers.

    Im Idealfall würde ein Bohrer zum Nachschärfen an den Rundfasen in der Nähe der Spitze eingespannt werden. Aufgrund der leichten Verjüngung, die bei allen Rundfasen vorhanden ist (um zu verhindern, dass der Bohrer im Loch reibt), ist ein Einspannen direkt an den Rändern jedoch nicht möglich. Daher ist die einzige praktikable Methode, den Bohrer während des Schärfens auf einer CNC-Werkzeugschleifmaschine zu halten, ihn am Schaft zu spannen.

    Dies führt uns zu der Genauigkeit der Spannzangensysteme. Selbst die hochwertigsten Spannzangen weisen einen gewissen Unrundlauf auf.

    Um einen Bohrer genau nachzuschärfen, muss ein System zur Messung des Werkzeugrundlaufs und zur automatischen Kompensation eingesetzt werden. Diese Funktion ist in der Regel in den meisten CNC-Werkzeug -Designprogramme integriert. Der Messtaster berührt die beiden Rundfasen in der Nähe der Spitze und nimmt die entsprechende Kompensation vor, so dass die gesamte Spitzengeometrie genau auf die Rundfasen geschliffen werden kann.

    Neben der Notwendigkeit einer guten Konzentrizität möchte ich zwei weitere Eigenschaften von Bohrspitzen hervorheben, die häufig in Hochleistungsbohrern verwendet werden.

    Viele Hochleistungs-Bohrer, sind aus Vollhartmetall gefertigt und verfügen über eine S-förmige Querschneide und eine Schneidkantenpräparation, die auch als Kantenverrundung bekannt ist.

    Die meisten CNC-Bohrprogramme enthalten die S-Nut, die sich durch eine spiralförmige Nut anstelle der herkömmlichen geraden Nut auszeichnet. Die S-Kerbe dient dazu, die Mitte des Bohrers zu schützen und gleichzeitig ein erfolgreiches Eindringen in das Material in axialer Richtung zu ermöglichen. Es wird empfohlen, diese S-Nut so nah wie möglich an der ursprünglichen Form nachzuschleifen.

    Zu den CNC-Programmoptionen gehört auch eine Funktion, mit der eine kleine Fase (K-Fase) entlang der Lippenkante der Bohrerspitze geschliffen werden kann. Dies verhindert ein vorzeitiges Abplatzen der Schneidkante. Angesichts der Enge und des flachen Winkels dieser K-Fase ist ein Digitalisierungsprogramm erforderlich, um die Position des vorhandenen Spalts und die Kontur der Nutenform zu bestimmen. Die Antastfunktion garantiert eine präzise Positionierung und perfekte Parallelität der K-Linie über ihre gesamte Länge. 

    Große Fertigungsbetriebe, z. B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder in der Automobilindustrie, kaufen häufig Bohrer und schleifen sie vor dem ersten Einsatz entsprechend ihren spezifischen Anforderungen nach. Diese Praxis garantiert eine konsistente Vorhersage des Werkzeugverschleißes vom ersten Einsatz an und bei allen nachfolgenden Nachschleifvorgängen. Auch wenn die Geometrie nicht genau mit den Angaben des Herstellers übereinstimmt, so kann sie doch sehr gut angenähert werden, und der Anwender hat die Möglichkeit, die Spitzengeometrie entsprechend seiner Erfahrung und den geforderten Leistungskriterien fein abzustimmen.

    Ein weiteres Thema: Bei langspiraligen Bohrern muss für eine angemessene Unterstützung gesorgt werden. Sobald das Verhältnis von Durchmesser zu Länge 1:7 oder 1:10 übersteigt, empfiehlt es sich, eine Lünette oder Buchse zu verwenden, um die Spitze beim Schleifen zu stabilisieren.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Bei der Empfehlung von Schleifmaschinen für die Herstellung von Reibahlen habe ich mich oft gefragt, warum Reibahlen eine Zentrierbohrung haben und warum einige Endverbraucher weiterhin darauf bestehen, Reibahlen mit Zentrierbohrungen zu kaufen.

    Historisch gesehen wurden Reibahlen durch Rundschleifen hergestellt, wobei der Reibahlenrohling zwischen Spitzen gehalten wurde. Bei Hartmetall-Reibahlen bedeutet dies, dass vor dem Press- und Härtungsprozess eine Zentrierbohrung im Grünzustand gebohrt werden muss. Nach dem Härten wird dieses Bohrloch durch Drehen eines Kegels im Inneren mit einer abrasiven Polier- oder Schleifpaste poliert.

    Die zwei kritischen Komponenten, die die Genauigkeit der Reibahlen bestimmen, sind die Konzentrizität auf der Rundfase in Bezug auf den Schaft und die Höhengenauigkeit an den Schneidkanten.

    Einer der Gründe, warum Reibahlen (insbesondere HSS) seit jeher Zentrierungen haben, ist die Möglichkeit, mühelose Nachschärfungen auf manuellen Schleifgeräten durchzuführen. Die Reibahlen werden zwischen den Zentrierungen eingespannt und ein mechanischer Finger wird unterhalb der 45-Grad-Schneidfase positioniert. Anschließend wird die Schneidkante mit einer Topfscheibe nachgeschliffen. Für jede Schneidkante wird der Finger neu positioniert. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Lippenhöhe unabhängig von der Indexierung der Nut.

    In der Praxis werden die Zentrierbohrungen jedoch nie beim Gebrauch der Reibahle verwendet, da die Reibahlen in der Regel wie Bohrer oder Schaftfräser auf dem Schaft eingespannt werden.

    Für Hartmetall-Reibahlen bestehen modernere Herstellungsverfahren, bei denen keine Spitzen erforderlich sind. Die neuesten Fortschritte im CNC-Schäl- und Klenmschleifen haben dazu geführt, dass Hartmetall-Reibahlenrohlinge mit hoher Genauigkeit und Oberflächengüte zu reduzierten Herstellungskosten fabriziert werden können.

    Das Schäl- und Klenmschleifen, auch als Punktschleifen bezeichnet, ist ein Rundschleifverfahren, bei dem eine Schrupp- und eine Schlichtscheibe gleichzeitig von hinten und von vorne auf den Rohling einwirken. Die Schruppscheibe, die sowohl radial als auch axial etwas weiter vorne positioniert ist, entfernt den größten Teil des Materials, während die Schlichtscheibe für die erforderliche Endbearbeitung und enge Durchmessertoleranzen sorgt. Der sich drehende Rohling wird durch ein Lünetten-System geschoben, und dementsprechend wird eine konstante Unterstützung aufrechterhalten, was zu sehr guten Konzentrizitätstoleranzen führt.

    Dieses Verfahren eignet sich für Spannfutter-Reibahlen, Reibahlen mit verminderten Schäften und Stufenreibahlen, obwohl einige von diesen Designs möglicherweise mehrere Maschinen-Einstellungen erfordern.

    Das Schleifen der Nuten und Schneidfasen erfolgt dann auf einer automatisierten CNC-Werkzeugschleifmaschine. In der Regel ist die Indexierung der Schneiden ungleichmäßig (versetzt), was dynamische Vibrationen und Rattern reduziert.

    Für lange Reibahlen kann eine halbrunde Lünette verwendet werden. Dies mag teuer erscheinen, da es in dieser Werkzeugbranche unzählige Durchmesser einschließlich Sondergrößen gibt. Die Kosten für die Herstellung dieser Lünetten sind jedoch immer noch geringer als der manuelle und arbeitsintensive Prozess, Zentrierbohrungen an jedem einzelnen Reibahlenrohling anzubringen.

    Sowohl das Schälschleifen als auch das Werkzeugschleifen können automatisiert werden. Darüber hinaus sind Hybrid-Schleifmaschinen erhältlich, die kombinierte Schäl- und Werkzeugschleiffunktionen in einer einzigen Maschine bieten.

    Ich glaube, dass es sich lohnt, die Endverbraucher zu überzeugen, auf Zentrierbohrungen zu verzichten. Letztendlich werden sich die Produktionskosten und Verkaufspreise für Reibahlen, insbesondere Hartmetall-Reibahlen, senken.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Früher wurden Gewinde in Bohrungen hauptsächlich mit Schneidgewindebohrern hergestellt, die in der Regel aus HSS gefertigt waren. Diese Gewindebohrer werden nach wie vor häufig in der Massenfertigung eingesetzt, wo eine große Anzahl identischer Bohrungen erforderlich ist.

    Gewindefräser bieten eine höhere Flexibilität und ermöglichen die Bearbeitung verschiedener Gewindegrößen mit engen Toleranzen und komplexen Geometrien in einer Vielzahl von Werkstoffen – einschließlich gehärteten und schwer zerspanbaren Legierungen.

    Gewindefräser sind in zwei Hauptkonfigurationen erhältlich: Vollhartmetallwerkzeuge sowie Versionen mit eingesetzten Hartmetallplatten. Sie lassen sich in der Regel in drei Kategorien einteilen – Einfachform, Dreifachform und Mehrfachform –, die jeweils für bestimmte Gewindeanwendungen ausgelegt sind.

    Ein weiterer wichtiger Vorteil von Gewindefräsern ist ihre Vielseitigkeit – mit einer Werkzeuggröße können Innengewinde, die größer sind als das Nennmaß, mit derselben Steigung bearbeitet werden. In vielen Fällen kann derselbe Gewindefräser sowohl Rechts- als auch Linksgewinde herstellen, indem einfach der Werkzeugweg der CNC-Maschine geändert wird.

    Die meisten Gewindefräser verfügen über Rechtsschneiden und sind für das Rechtsschneiden ausgelegt. Linksschneidende Werkzeuge bieten jedoch den zusätzlichen Vorteil, dass sie die Späne nach oben aus dem Loch heben und so die Spanabfuhr bei Sacklochbearbeitungen verbessern.

    Wenn das Gegenlauffräsen bevorzugt wird, beginnt das Gewindefräsen in der Regel am Boden der Bohrung. Dieser Ansatz kann den Seitendruck erhöhen, sodass möglicherweise ein Leerschnitt erforderlich ist, um die Gewindegenauigkeit zu gewährleisten. Wenn das Gegenlauffräsen weiterhin gewünscht ist, der Vorgang jedoch an der Oberseite der Bohrung beginnt, muss ein links-schneidender Gewindefräser mit Linksdrall eingesetzt werden.

    Das Schleifen eines Gewindefräsers auf einer mehrachsigen CNC-Werkzeugschleifmaschine umfasst vier wichtige Arbeitsschritte: Rohteilvorbereitung, Nutenschleifen, Gewindeformschleifen und Freischleifen.

    Die Rohteilvorbereitung umfasst das Schleifen des Außendurchmessers des Gewindeabschnitts – wo Material abgetragen wird – sowie das Formen des Halsdurchmessers hinter dem Gewinde.

    Im Gegensatz zu Gewindebohrern, die aufgrund des Schneidvorgangs durch den Anschnittwinkel an der Spitze in der Regel einen neutrale Spanwinkel haben, weisen Gewindefräser einen positiven Spanwinkel auf – ähnlich wie bei einem Schaftfräser.

    Beim Entwurf der Gewindeform auf einem spiralförmig genuteten Werkzeug ist besondere Sorgfalt geboten. Eine 1:1-Nachbildung des Gewindeprofils auf der Schleifscheibe ist nur dann genau, wenn die Nut gerade ist. Sobald eine spiralförmige Nut eingeführt wird, ist eine Winkelkompensation auf der Schleifscheibe erforderlich, um Verzerrungen auszugleichen. Viele Softwarepakete an CNC-Werkzeugschleifmaschinen verfügen über integrierte Kompensationsfunktionen, oder es können separate Programme zur Durchführung der Berechnungen verwendet werden. In der Praxis ist die Kompensation in der Regel minimal – beispielsweise beträgt die Winkelverzerrung bei einer 20-Grad-Spirale und einem 60-Grad V-Gewinde nur etwa 1 bis 2 Grad.

    Idealerweise sollten zwei verschiedene Gewindeschleifscheiben verwendet werden: eine für das Vorschleifen und eine für das Fertigschleifen. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Gewindefräser ein Präzisionsschneidwerkzeug ist und ein Verschleiß der Schleifscheibe während des Produktionsschleifens die Genauigkeit des Gewindeprofils beeinträchtigen kann.

    Schließlich erzeugt das Freischleifen den erforderlichen Freiraum hinter der Schneide, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Gewindebohrer oder der Schneide eines Schaftfräsers.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Beim CNC-Werkzeugschleifen schätze ich, dass etwa 10 % der gesamten Maschinenauslastung in den USA für das Schleifen von chirurgischen Schneidinstrumenten aus rostfreiem Edelstahl aufgewendet wird. Dazu gehören Werkzeuge wie Knochenbohrer, Schädelschneider, Knochenfräser, Raspeln, Bohrer, Knochenschaber, kannelierte Bohrer und vieles mehr.

    Ein häufig für solche Instrumente verwendeter Edelstahl ist 440, eine martensitische Sorte, die je nach dem spezifischen Härtungsverfahren eine Härte von bis zu 60 HRC erreichen kann.

    Die wärmebehandelte 17-4-Legierung ist ein weiteres in dieser Branche häufig verwendetes Material, das eine Härte von bis zu etwa 45 HRC bietet.

    Die Serie 316 ist ein austenitischer Edelstahl, der in der Medizinprodukteindustrie weit verbreitet ist, jedoch weniger häufig für Schneideinstrumente verwendet wird. Sein relativ hoher Chrom- und Nickelgehalt erschwert das Schleifen. Die Härte von Edelstahl 316 liegt typischerweise im Bereich von 30 auf der HRC-Skala.

    Jeder in der Schleifindustrie wird zustimmen, dass härtere Materialien im Allgemeinen leichter zu schleifen sind. Weichere Materialien neigen dazu, eine vorzeitige Beladung der Scheibe zu verursachen, was zu „Verschmieren” führt, während härtere Materialien es den Schleifkörnern ermöglichen, die Oberfläche effizient abzutragen.

    Die Grundregel für das Schleifen von Edelstahl – und ebenso für HSS – ist die Verwendung von CBN-Schleifscheiben. CBN, kurz für kubisches Bornitrid, ist ein synthetischer Werkstoff, der Diamant ähnelt und nach Diamant das zweithärteste Material ist. Diamant ist jedoch für das Schleifen von Eisenmetallen ungeeignet, da es bei hohen Temperaturen zu einer chemischen Reaktion zwischen Diamant und Eisen kommt. Dabei wird Kohlenstoff aus dem Diamanten entzogen, was zu einer Zersetzung des Diamantkorns und einer schnellen Abnutzung des Schleifkorns führt.

    Der Einsatz von Schleifscheiben mit Kunstharz- oder Hybridbindung ist verbreitet. Sie sind langlebig, bieten eine geringe Formabweichung und ermöglichen angemessene Vorschubgeschwindigkeiten.

    Für das Schleifen von Nuten sind keramische Bindungen auch eine geeignete Wahl, vorausgesetzt, ein integrierter Abrichtprozess ist vorhanden, der die Scheibe autonom wiederaufbereiten kann. Diese Option wird insbesondere für größere Knochenbohrer empfohlen, wobei die Auswahl eines Scheibenherstellers mit nachgewiesener Fachkompetenz in diesem Bereich unerlässlich ist. In einigen Fällen können die Vorschubgeschwindigkeiten beim Nutenschleifen mit keramischen Scheiben um 50 % bis 100 % erhöht werden.

    Edelstahlinstrumente sind von Natur aus dünn, lang und neigen selbst bei minimalem Schleifdruck zum Verbiegen. Erschwerend kommt hinzu, dass roboter-assistierte Operationen immer häufiger werden. Interessanterweise sind für Roboter entwickelte Knochenbohrer nicht kürzer, sondern oft deutlich länger – manchmal erreichen sie Längen von 400 bis 500 mm –, während die tatsächliche Nutenlänge relativ kurz bleibt. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sind zwei Unterstützungssysteme unerlässlich:

    • Automatisches Laden: Das Robotersystem muss so konstruiert sein, dass es den Schaft in der Nähe der Spannzange hält und so eine präzise Ausrichtung mit der Spannzangenbohrung während des Ladens gewährleistet.

    • Schleifunterstützung: Eine halbrunde Lünette sollte den vorderen Teil des Bohrers während des Schleifens stützen, um den zu bearbeitenden Bereich zu stabilisieren und ein Verbiegen zu verhindern.

    Die beim Schleifen entstehende überschüssige Wärme wirkt sich auf alle gehärteten Stähle negativ aus. Um dies zu mildern, ist es wichtig, das Kühlölvolumen im Vergleich zu dem für das Schleifen von Hartmetall verwendeten Niveau zu erhöhen. Dies lässt sich leicht erreichen, indem eine Druckerhöhungspumpe in die Kühlmittelzufuhrleitung eingebaut wird, um den Druck, den Durchfluss und die Kühlleistung zu verbessern.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Die In-Prozess-Messung auf CNC-Rund- und Schälschleifmaschinen ermöglicht die Echtzeitüberwachung und -messung des Außendurchmessers des Werkstücks, was für ein kontinuierlich, unbeaufsichtigtes Produktionsschleifen unerlässlich ist. Durch die frühzeitige Erkennung und Analysieren von Abweichungen wird das Risiko der Herstellung von Teilen außerhalb der Toleranz vermindert. Darüber hinaus wird die durchschnittliche Zykluszeit verkürzt, da häufige Unterbrechungen zur manuellen Messung der Teile entfallen. Abweichungen können durch thermische Veränderungen in der Umgebung, Schwankungen der Öltemperatur oder Verschleiß der Schleifscheibe verursacht werden.

    Die in Rundschleifmaschinen verwendeten Messköpfe messen den Durchmesser eines Werkstücks mit zwei gegenüberliegenden Tastern, die die Messmethode einem Hand-Mikrometer nachahmen. Diese Messgeräte verwenden häufig berührungslose oder minimal berührende Technologien wie Laser-, kapazitive oder induktive Sensoren, um die Abmessungen des Werkstücks genau zu messen.

    Bei einer typischen CNC-Rundschleifmaschine bleibt das Messgerät in ständigem Kontakt mit dem Werkstück, liefert Echtzeit-Feedback und ermöglicht kontinuierliche Anpassungen während des Schleifprozesses. Im Gegensatz dazu berührt das Messgerät bei Schälschleifmaschinen das Werkstück nur, um eine Messung durchzuführen, sobald die Maschine angehalten hat, wobei das Feedback zur Korrektur des nächsten Teils verwendet wird.

    Die In-Prozess-Messung auf CNC-Werkzeugschleifmaschinen umfasst die Überwachung mehrerer Parameter, wobei einer der wichtigsten der Außendurchmesser des Schneidwerkzeugs ist, typischerweise bei Schaftfräsern. Diese Messung kann entweder mit einem kontaktbasierten System, wie z. B. einem elektronischen Tastsystem, oder einem fortschrittlicheren berührungslosen Lasermesssystem durchgeführt werden. Tastsysteme haben mehrere Nachteile, darunter das Risiko von Ausbrüchen an der Schneide (insbesondere bei Hartmetall-Schaftfräsern), das Verbiegen kleiner Werkzeuge während der Messung und Ungenauigkeiten bei der Messung von Schaftfräsern mit variabler Steigung. Ein Lasermessgerät eliminiert diese Risiken, da es berührungslos arbeitet und den höchsten Punkt der Schneidkante messen kann, selbst bei komplexen Werkzeugen wie 3- oder 5-schneidigen Fräsern mit variabler Steigung.

    Die Spannutentiefe ist zwar kein kritisches Maß, erfordert jedoch Aufmerksamkeit, da das Nutenschleifen den größten Teil des Materials von einem Fräser entfernt. Das Nutenschleifen ist anfällig für ungleichmäßigen Verschleiß und muss regelmäßig nachjustiert werden. Zur Messung der Nutentiefe kann ein Messtaster verwendet werden. Ein weiterer kritischer, aber oft unberücksichtigter Parameter ist die Indexierung der Schneiden. Im Laufe der Zeit kann der Verschleiß der Nutenscheibe zu einer Verschiebung dieser Indexierung führen, was sich sowohl auf den Außendurchmesser als auch auf die Geometrie der Stirnschneiden auswirken kann. Dies ist wichtig bei gleicher wie auch bei variabler Nutenindexierung.

    Um die Genauigkeit zu verbessern, sollten die Rundlaufmessung und die Korrektur des Werkzeugrohlings in den Produktionsschleifprozess für verschiedene Schneidwerkzeuge, darunter Schaftfräser, Bohrer, Reibahlen und andere, integriert werden. Es ist wichtig, den Rundlauf an zwei Stellen zu messen – sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite des Werkstücks. Die Spannzange, die das Werkstück hält, kann zwei Arten von Fehlern verursachen: mangelnde Parallelität und außermittige Ausrichtung. In einer typischen Produktionsumgebung reicht es in der Regel aus, diese beiden Messungen vor Beginn des Schleifprozesses durchzuführen. Wenn jedoch extrem enge Toleranzen erforderlich sind, sollten die Messungen nach Abschluss des Nutenschleifens wiederholt werden. Aufgrund der hohen Schleifkräfte, die für das Nutenschleifen erforderlich sind, kann sich der Rohling innerhalb der Spannzange verschieben.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Vor einiger Zeit führte ich ein eher rudimentäres Experiment durch. Ich nahm drei elektrische Tassenwärmer und füllte drei verschiedene Arten von Schleifölen in die Tassen. Dann ließ ich sie drei Monate lang stehen. Bei diesen drei Ölen handelte es sich um ein Öl auf Mineralölbasis, d. h. ein hoch raffiniertes Derivat eines aus der Erde gewonnenen Öls, ein halbsynthetisches Öl, bei dem es sich um eine ähnliche Substanz mit künstlichen Zusätzen handelt, und ein rein synthetisches Öl, d. h. ein künstlich hergestelltes Öl. Nach Ablauf der drei Monate stellte ich fest, dass die Tasse mit dem Mineralöl zu 2/3 leer war, während die beiden anderen Becher voll blieben.

    Die Auswahl des Öls sollte niemals als nachträglicher Gedanke betrachtet werden. In diesem Zusammenhang ist das Sprichwort "Preis gegen Kosten" von großer Bedeutung. Vollsynthetische Öle sind zwar in der Regel teurer, bieten aber zweifelsohne eine bessere Schleifleistung und eine längere Lebensdauer. Sie sind für ihre außergewöhnliche thermische Stabilität bekannt, die sicherstellt, dass sie ihre Wirksamkeit auch bei höheren Betriebstemperaturen beibehalten. Diese Stabilität trägt dazu bei, dass die Schleifqualität über längere Zeiträume hinweg konstant bleibt und gleichzeitig eine ausreichende Schmierfähigkeit gewährleistet ist.

    Abrasive Bearbeitung ist ein thermisch beeinflusster Prozess, im Gegensatz zur Zerspanung. Die Zerspanung basiert in der Regel auf der Verwendung eines positiven Spanwinkels, um das Material zu entfernen, während die abrasive Bearbeitung, wie z. B. das Schleifen, auf Reibung beruht, um das Material zu entfernen.  Diese Reibung erzeugt Wärme, und es ist bekannt, dass beim Schleifen wesentlich mehr Energie benötigt wird, was einen höheren Kühlmitteldruck und ein größeres Volumen erfordert, im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsprozessen.

    Es gibt ein ganzes Forschungsgebiet, das sich mit Kühlmitteldüsen und den optimalen Methoden für die Zufuhr von Kühlmittel zum Schleifpunkt beschäftigt. Durch relativ hohe Umfangsgeschwindigkeiten beim Schleifen entsteht eine Luftbarriere um die Außenkante der Scheibe, die die Flüssigkeit vom Schleifbereich weghält. Die Kühlmitteldüse soll ein Durchbrechen der Luftbarriere ermöglichen, damit das Öl gezielt die beim Reiben entstehende Wärmezone erreicht.

    Und genau hier liegt das Problem. Die Anwesenheit von Luft stellt beim Schleifen eine große Herausforderung dar. Es wurde beobachtet, dass die Luftgrenzschicht um die Schleifscheibe einen erheblichen Teil des Kühlmittels von der eigentlichen Schleiffläche ablenkt. Wenn Luft in der Kühlmittelzufuhr eingeschlossen wird (Turbulenz), vermindert dies die Wirksamkeit des Kühlmittels beim Durchbrechen dieser Luftbarriere. Um die Luftgrenzschicht um die Schleifscheibe erfolgreich zu durchdringen, muss die Geschwindigkeit des Kühlmittels ausreichend hoch sein.

    Ich rate von den früher beim Schleifen weit verbreiteten modularen Düsensystemen aus Kunststoff ab, die von Natur aus Turbulenzen in die Kühlmittelzufuhr bringen. Ihre innere Struktur beruht auf einem Kugelgelenk, das für Flexibilität sorgt. Beim Zusammenbau dieser "Knöchel" zu einer Kühlmittelleitung führt jede Buchse zu einer zusätzlichen Verwirbelung. Dies hat zur Folge, dass das Kühlmittel, wenn es den Schleifpunkt erreicht, mit zu viel Luft gesättigt ist. Einfacher ausgedrückt: Die Zufuhr ist nicht kohärent.

    Einige Hersteller von Schleifmaschinen bieten ihre eigene Lösung mit Kühlmittelrohren- und Düsen aus Metall an. Sie sind flexibel und dennoch ermöglichen sie, das Öl mit hoher Geschwindigkeit und minimaler Luftpräsenz zum Reibungspunkt zu leiten.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Zufuhr und das Recycling vom Kühlmittelöl in einer CNC-Schleifmaschine zu gestalten. Ich möchte eine Methode erörtern, die mir im Laufe der Jahre immer sinnvoller erscheint. Dies gilt sowohl für eine Anlage mit nur zwei oder drei Maschinen als auch für einen ganzen Maschinenpark.

    Traditionell werden die Rohre etwas oberhalb des Bodens verlegt, damit das Schleiföl aufgrund der Schwerkraft im Gefälle in ein zentrales Filtersystem fließen kann. Während das empfohlene Gefälle für die Wasserableitung in PVC-Rohren 2 % beträgt, ist die empfohlene Neigung hinsichtlich des Schleifschlamms im abfließenden Öl in der Regel höher und liegt zwischen 3 und 4 %, was ungefähr 35 bis 40 mm pro Meter entspricht.

    Kühlmittel sind essenziell, um die Wärmeentwicklung beim Schleifen zu reduzieren. Sie leiten die Wärme ab, reduzieren die Reibung zwischen Schleifscheibe und Werkstück und verbessern so die Oberflächenqualität. Die Temperatur des Kühlöls soll überwacht werden und auf +/- 0.5° Celsius konstant gehalten werden. Die einzige Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, das Öl nach dem Filtrationsprozess durch einen Kühler oder einen Wärmetauscher zu leiten.

    Unkontrollierte Kühlmitteltemperaturen können zu verschiedenen Problemen führen, z. B. Instabilität der Maschine, Beeinträchtigung der Werkstücktoleranzen, verminderte Schleifscheibenleistung, vorzeitige Spindelausfälle, verringerte Oberflächenintegrität und vieles mehr. Die goldene Regel lautet, dass die Öltemperatur in der Schleifmaschine auf demselben Niveau gehalten werden sollte wie die Umgebungstemperatur im Gebäude. Ferner stellt die Kühlschmierstoffversorgung die Kühlung der Maschinenkomponenten dar, die wiederum nur bei möglichst konstantem Wärmegang eine kinematische Genauigkeit und damit technische Reproduzierbarkeit der Prozessstellgrößen über die Schleifmaschine gewährleisten kann.

    Es erschien mir nie logisch, Ölkühlanlagen in der Nähe der Schleifmaschinen und den Ölfilteranlagen aufzustellen und die aus dem Öl erzogene Wärme in wieder das Gebäude entweichen zu lassen. Selbst in den Wintermonaten erzeugen diese Kühlanlagen eine beträchtliche Menge an Wärme, die dann mit Hilfe von Raumklimaanlagen ein zweites Mal abgeführt werden muss. Ein anderer entscheidender Aspekt für die Aufrechterhaltung der thermischen Stabilität von Schleifmaschinen ist die Kontrolle der Raumtemperatur, die in den meisten geografischen Regionen den Einsatz von Klimaanlagen erfordert. Infolgedessen verdoppeln sich die Kosten für die Wärmeabfuhr sowohl beim Schleifprozess als auch in der Werkstatt.

    Eine effizientere Lösung besteht darin, die Ölkühlanlagen in einem angrenzenden und separaten Raum unterzubringen, der auch den Lärm isoliert. Ein separater Raum ermöglicht es, die von den Kühlanlagen erzeugte Wärme von den Maschinen wegzuleiten. Idealerweise kann die Wärme durch die Decke oder die Wände ins Freie geleitet werden.

    Kühlsysteme auf Wasserbasis in geschlossenen Kreisläufen werden in der Schleifindustrie immer beliebter. Diese Wahl ist sinnvoll, insbesondere für ein zelluläres System mit mehreren Ölfiltern in einem Betrieb. Wasser mit Glykol gemischt besitzt die Fähigkeit, erhebliche Wärmemengen zu absorbieren und abzugeben, ohne seine Temperatur zu verändern, was es zu einem idealen Medium für die Übertragung von Wärme von einem Wärmetauscher am Ölfilter an einen externen Kühler macht, der dann nur das Wasser (nicht das Öl) kühlt. Dies ist eine kostengünstige Lösung, die nicht einen separater Kühler für jedes Filtersystem benötigt; ein einfacher und kostengünstiger Wärmetauscher ist ausreichend.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Bei der Auswahl der geeigneten Schleifscheibe für das CNC-Werkzeugschleifen müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

    Grundsätzlich gibt es drei Arten von Bindungen für superabrasive Schleifscheiben: Kunstharzbindung, Metallbindung und Polyamidbindung (Kunststoffbindung). Die erfolgreichsten Hochleistungsscheiben für das Hartmetallschleifen werden mit einer Hybridbindung hergestellt, die sowohl Kunstharz als auch Metall enthält.

    Im Laufe der Jahre haben die Hersteller von Schleifscheiben sowohl die Inhaltsstoffe als auch die Herstellungsverfahren verfeinert. Die erfolgreichsten Hersteller arbeiten mit großen Schleifunternehmen zusammen, um die Leistung der Scheiben zu entwickeln und zu verbessern. Mit anderen Worten: Sie lernen aus den Erfahrungen der Anwender.

    Das Schleifen der Nute und des Stirneinstichs bei Vollhartmetall- Schaftfräsern sind zwei kritische Arbeitsschritte, bei denen die Auswahl der Scheibe entscheidend für die Aufrechterhaltung einer konsistenten Werkzeuggeometrie und die Verlängerung des mannlosen Betriebs ist. Dies gilt in vielerlei Hinsicht auch für Hochleistungsbohrer.

    Das Nutenschleifen ist der Schnitt mit dem größten Materialabtrag bei der Herstellung von Vollhartmetall-Schaftfräsern, gefolgt vom Einstechschleifen. Das Nutenschleifen erfordert Verschleißfestigkeit, während das Einstechschleifen sowohl einen effektiven Materialabtrag als auch eine hervorragende Kanten- und Formbeständigkeit erfordert, um die korrekte und gleichbleibende Stirngeometrie des Schaftfräsers zu gewährleisten.

    Eine Hochleistungs-Diamantscheibe für das Nutenschleifen verfügt über gute Schnittfähigkeit und ist „selbstschärfend“, wodurch eine höhere Materialabtragung bei geringerem Konditionierungsaufwand erzielt wird. Beim Abrichten wird die Scheibe aus der Maschine entfernt und in eine Schleifscheibenabrichtmaschine eingesetzt. Dies ist ein manueller und arbeitsintensiver Vorgang, der einer Neueinrichtung ähnelt. Durch das Abrichten wird die Bindung zwischen den Schleifkörnern entfernt, sodass die abgenutzten Körner herausfallen können. Außerdem wird die Scheibe wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht. Je seltener ein Abrichten erforderlich ist, desto geringer sind die gesamten Produktionskosten.

    Ich verwende einen einfachen Kostenrechner, um die jährlichen Einsparungen durch reduzierte Einrichtungszeiten zu veranschaulichen. Ich habe einige Berechnungen durchgeführt, um die Auswirkungen erhöhter Scheibenkosten im Vergleich zu längeren Produktionszeiten (weniger häufiges Abrichten) aufzuzeigen. Durch den Kauf hochwertigerer Diamantscheiben, die die Kosten für das Scheibenpaket um 20 % erhöhen, und unter der Annahme einer Verringerung der Abrichtfrequenz um 25 %, steigt Ihre Produktion um 3,21 % pro Jahr, die Kosten pro Werkzeug sinken um 3,14 % und die jährlichen Gesamtkosten für Verbrauchsmaterialien steigen um 15,83 %.

    Unter der Annahme einer Reduzierung der Gesamtzykluszeit um 30 Sekunden pro Werkzeug (von 7 auf 6,5 Minuten Zykluszeit) aufgrund der höheren Leistung (erhöhte Vorschubgeschwindigkeiten) der Nuten- und Einstechschleifscheiben steigt die Produktion um 10,06 %, die Kosten pro Werkzeug sinken um 9,14 % und die jährlichen Gesamtkosten für Schleifscheiben steigen um 4,1 %. Diese Berechnungen basieren auf einem Stundensatz von 80 EUR und beinhalten unter anderem Annahmen zu Rüstzeiten und Betriebszeiten.

    Diese Analyse basiert auf der kontinuierlichen Produktion desselben Schaftfräsers im 24/7-Betrieb über ein ganzes Jahr. Obwohl jeder Hersteller offensichtlich verschiedene Schaftfräser auf derselben Maschine produziert, unterstreicht dies dennoch den Vorteil, Diamantschleifscheiben der neuen Generation unvoreingenommen zu testen. Zusätzlich sollte das Ausproben neuer Schleifscheiben in den kontinuierlichen Verbesserungsprozess jedes Werkzeugherstellers integriert werden.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Die Scheibenreinigung (auch Wheel Scrubbing genannt) ist eine spezielle Methode zur In-Prozess-Scheibenkonditionierung, die relativ selten ist und in der Regel nicht zu den Standardfunktionen von CNC-Schleifmaschinen gehört. Einige Maschinenhersteller bieten sie jedoch als optionale Aufrüstung oder als Nachrüstung für bestehende Anlagen an. Alternativ können Anwender die Nachrüstung auch selbst vornehmen.

    Während des Schleifens können Schleifscheiben verstopfen – ein Zustand, der als „Zusetzung” bezeichnet wird –, wenn sich Bearbeitungsrückstände in den Porenräumen der Scheibe ansammeln. Dieses System behebt das Problem durch den Einsatz eines speziellen Hochdruck-Kühlmittelkreislaufs, der die Schleifscheibenoberfläche mit Kühlmittel bespritzt und so Verunreinigungen effektiv ausspült. Das Schleifscheibenreinigen ist als Alternative zur mechanischen In-Prozess-Abrichten gedacht.

    Schleifscheiben, die für diesen Prozess geeignet sind, müssen eine ausreichende Porosität und Bindungsfestigkeit aufweisen. Die Porosität ermöglicht es der Hochdruckflüssigkeit, Rückstände effektiv auszuspülen, während die Bindung der Kraft des Kühlmittels standhalten muss, ohne sich zu zersetzen. Unter keinen Umständen darf der Flüssigkeitsstrahl die Integrität der Bindung beeinträchtigen oder das Profil oder die geometrischen Abmessungen der Scheibe verändern.

    Die folgenden Arten von Schleifscheiben sind im Allgemeinen für In-Prozess-Scrubbing geeignet:

    • Kunstharzgebundene Diamant- und CBN-Scheiben mit Keramik- oder Metallbindungen

    • Keramisch gebundene Diamant- und CBN-Scheiben

    • Kunstharzgebundene konventionelle Schleifscheiben

    • Konventionelle Schleifscheiben mit hoher Porosität oder offener Struktur

    • Galvanisierte Diamant- oder CBN-Scheiben

    Ein gutes Beispiel für das CNC-Außenschleifen in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist das Schälschleifen von Inconel-Wellen mit keramischen Scheiben. Weitere geeignete Anwendungen für das In-Prozess-Scheibenreinigen sind:

    • Werkzeugschleifen für Hartmetall und HSS, insbesondere beim Schleifen von Nuten, das einen hohen Materialabtrag erfordert

    • Tiefschleifen von Superlegierungen oder Nickelbasislegierungen

    • Spitzenloses Durchlaufschleifen

    • Formschleifen von Zahnrädern aus zähen oder gehärteten legierten Stählen

    Ein sekundäres Kühlmittelsystem fördert Öl mit einem Druck von typischerweise 30 bis 70 bar. Dies wird in der Regel durch die Speisung einer Kolben- oder Schraubenpumpe aus der eingehenden Kühlmittelleitung erreicht. Eine spezielle Hochdruckleitung versorgt dann eine in der CNC-Schleifmaschine montierte Düse mit der Flüssigkeit. Eine effektive Düsenposition befindet sich über dem Werkstückträger, sodass der Schleifkopf die Scheibe in einem kontrollierten, vorab festgelegten Abstand zum Sprühstrahl positionieren kann. Diese Düsen bestehen in der Regel aus Hartmetall, um hohen Drücken standzuhalten, und verfügen über eine flache Öffnung, die eine definierte Sprühbreite erzeugt. Da die Schleifscheibe breiter als die Öffnung sein kann, muss die CNC-Steuerung dies ausgleichen, indem sie entweder die Düse oder die Scheibe bewegt, um eine vollständige Abdeckung der Scheibenfläche zu gewährleisten.

    Der Bediener ist für die Auswahl des Abstands zwischen der Düse und der Schleifscheibe sowie für die Einstellung der Frequenz und Dauer des Flüssigkeitsstrahls verantwortlich. Derzeit gibt es keine standardisierten Richtlinien für diese Parameter. Stattdessen werden die optimalen Einstellungen in der Regel durch Erfahrung und Ausprobieren ermittelt. Im Laufe der Zeit können historische Daten entwickelt werden, um Anpassungen auf der Grundlage von Faktoren wie Schleifmitteltyp, Bindematerial und Werkstückmaterial vorzunehmen.

    Schließlich darf die Sicherheit der Bediener nicht außer Acht gelassen werden. Ein zweikanaliges Sicherheitssystem ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass das Hochdruckkühlmittel nicht aktiviert werden kann, während die Maschinentüren geöffnet sind.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Angesichts der Fortschritte in der modernen CNC-Schleiftechnologie stellt sich häufig die Frage, ob das Abrichten und Reinigen einer superabrasiven Schleifscheibe noch notwendig sind.

    Beginnen wir damit, zu definieren, was „stehende Abrichtwerkzeuge“ (im Gegensatz zu rotierenden) bedeuten. Abrichtstäbe, auch Schleifsteine genannt, werden in der Regel aus Siliziumkarbid (grün) oder Aluminiumoxid (weiß) hergestellt. Diese Stäbe sind normalerweise etwa 15 cm lang. Ein Ziel des Abrichtens ist es, Ablagerungen von der Schneidfläche einer Schleifscheibe zu entfernen, nachdem sich Bearbeitungsrückstände in den Porenräumen der Scheibe ansammelt haben. Wenn eine Schleifscheibe „verstopft oder verstumpft” ist, nimmt ihre Fähigkeit, Material vom Werkstück zu entfernen, ab. Anstatt zu schneiden, beginnt sie allmählich, das Werkstück wegzudrängen.

    Ein zweiter Zweck des Abrichtens besteht darin, die Bindung der Schleifscheibe abzuziehen, sodass die abgenutzten Kristalle herausfallen und frische, scharfe Körner hervortreten.

    Traditionell ist das Reinigen mit Abrichtstäben von Schleifscheiben ein manueller Ablauf. Es wird in vorgegebenen Intervallen durchgeführt oder ausgelöst, wenn die Werkstückabmessungen außerhalb der Toleranz liegen. Auch eine Verschlechterung der Oberflächengüte kann das Abrichten oder Reinigen auslösen. Gelegentlich kann sich das Werkstück (insbesondere Stahl) verfärben, was darauf hinweist, dass sich auf der Scheibe durch den Verschleiß eine glasartige Oberfläche gebildet hat.

    Der Bediener stoppt die Maschine und führt bei reduzierter Drehzahl manuell einen Abrichtstab an der Scheibe entlang. Dies birgt ein gewisses Sicherheitsrisiko, da der Bediener mit den Händen in eine Maschine mit rotierender Spindel greifen muss. In einigen Fällen verhindern Sicherheitsprotokolle den Betrieb der Spindel, solange die Maschinentüren geöffnet sind.

    Um die mit dem manuellen Abrichten verbundenen Sicherheitsrisiken zu mindern, haben die meisten Maschinenhersteller automatische Abrichtvorrichtungen eingebaut. Bei diesen Systemen bewegt sich die Schleifscheibe automatisch zu einem in einer Halterung befestigten Abrichtstein. Die Stirn dieses Steines wird bei diesem Vorgang mit mehreren Durchgängen an der Schleifscheibe entlanggeführt. Die Bediener können historische Daten darüber verfolgen, wie stark sich der Abrichtstab abnutzt und ob die Schleifscheibe an Durchmesser verliert. Diese Parameter werden dann in die Programmierung integriert, um einen zuverlässigen und wiederholbaren Prozess zu gewährleisten. Dadurch werden längere unbeaufsichtigte Produktionszeiten möglich.

    Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung eines rotierenden Onboard-Abrichters. Ähnlich wie beim Abrichten ist das rotierende Abrichten ein Prozess, der die Schneidfähigkeit der Schleifscheibe wiederherstellt.

    Ein automatischer Onboard-Abrichter führt den Erneuerungsprozess in der Regel effektiver durch als ein feststehender Abrichtstab. Durch die Nutzung des gesamten Umfangs der Abrichtscheibe wird der Prozess vorhersehbar und konsistent. Wie Abrichtstäbe werden auch Abrichtscheiben aus Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid benutzt.

    Zur Verbesserung des Prozesses wird häufig ein automatische Spaltdetektion erreicht, die als akustischer Emissionssensor (AE-Sensor) bezeichnet wird und den Kontakt zwischen den Scheiben erkennt. Dadurch kann sich die Schleifscheibe automatisch der Abrichtscheibe annähern und die aktuellen Durchmesser sowohl der Schleif- als auch der Abrichtscheibe genau bestimmen.

    Die Auswahl des Abrichtstabs, der Abrichtscheiben und der Betriebsparameter wird in der Regel von den Scheibenherstellern vorgegeben und sollte so genau wie möglich befolgt werden.

    Die Antwort auf die ursprüngliche Frage, ob das Abrichten von Schleifscheiben mit der heutigen Technologie noch notwendig ist, lautet ja, auch wenn es weniger häufig erforderlich ist als in der Vergangenheit. Ich empfehle, dass ein Kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) - auch Kaizen genannt – in den Fertigungsablauf integriert wird.

  • Übersetzung von „CNC Insights“ in Aerospace Manufacturing and Design (von Eric Schwarzenbach)

    Als ich vor einiger Zeit in mein Auto stieg und losfuhr, bemerkte ich, dass das Fahrzeug beim Geradeausfahren zu einer Seite zog. Ich musste das Lenkrad auf eine Seite drehen, um geradeaus fahren zu können. Da ich kein Autokenner bin, dauerte es eine ganze Weile, bis ich erkannte, dass die Spurstangen nicht mehr richtig ausgerichtet waren. Ähnlich verhält es sich bei der Bedienung einer CNC-Schleifmaschine oder einer mehrachsigen Werkzeugschleifmaschine. Der Bediener hat sich daran gewöhnt, dass die Maschine nicht richtig kalibriert ist, und hat gelernt, damit umzugehen.

    Selbst mit einer schlecht kalibrierten Maschine kann der Bediener Teile oder Schneidwerkzeuge herstellen, die die erforderlichen Toleranzen einhalten. So wie ich es geschafft habe, mein Auto geradeaus zu fahren, indem ich das Lenkrad leicht gedreht habe, kann der Bediener die notwendigen Anpassungen an verschiedenen geometrischen Parametern vornehmen, um ein akzeptables Endprodukt zu erhalten.

    Die Kalibrierung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Maschine innerhalb der vom Hersteller angegebenen Toleranzen arbeitet und präzise Ergebnisse liefert. Der Bediener muss verstehen, dass der Nachteil in erhöhten Rüstzeiten und somit in Produktivitätsverlusten liegt.

    Beim 5- oder 6-achsigen CNC-Werkzeugschleifen werden mehr Rohlinge verschwendet, bis das erste gute Werkzeug geschliffen ist. Außerdem gibt es bei der Überwachung mehrerer solchen Schleifmaschinen, die falsch kalibriert sind, keine praktische Methode, diese Abweichungen wirkungsvoll und kontinuierlich zu verwalten.

    Die geometrische Genauigkeit einer CNC-Schleifmaschine ist von größter Bedeutung, da sie sich direkt auf ein schnelles Einrichten und effizientes Umrüsten auswirkt und wesentlich zu den allgemeinen Vorteilen von „Lean Production“ und standardisierter Betriebsabläufe beiträgt. Eine korrekt eingestellte Schleifmaschine kann von mehreren Bedienern verwendet werden, ohne dass Kalibrierungsfehler korrigiert werden müssen.

    Ein weiterer Aspekt, der sich auf eine effiziente Einrichtung auswirkt, ist die genaue Voreinstellung der Schleifscheiben. Die meisten Mehrachsen-Schleifmaschinen verwenden ein Voreinstellgerät in der eine Kamera integriert ist. Diese Kamera erzeugt ein Bild des Schleifscheibenprofils, das der Bediener dann ansehen und per Mausklick die Ecken, Winkel, den Umfang und die Radien der Scheibe genau definieren kann. Diese Informationen werden dann übertragen und in das Schleifprogramm integriert.

    Einer der häufig missverstandenen Standpunkte beim Werkzeugschleifen ist der Einfluss, den der Eckenradius einer Schleifscheibe auf die resultierende Werkzeuggeometrie hat.

    Viele Anwender entscheiden sich beispielsweise dafür, einen kleinen maßbestimmten Eckenradius an der Nuten- oder Freischliffscheibe abzurichten. Dadurch soll die Langlebigkeit der Ecke verlängert werden, während gleichzeitig der Bedarf an anfänglicher Aufmerksamkeit und Anpassung der Maschine entfällt, bis die Ecke ausreichend eingelaufen ist. Die Genauigkeit eines Kugelfräsers oder des tangentialen Überganges eines Eckenradius wird ebenfalls durch unbestimmte Eckenradien an Schleifscheiben beeinträchtigt.

    Eine effektive Software für die Werkzeugkonstruktion sollte in der Lage sein, diesen Eckenradius in ihre Berechnungen einzubeziehen und präzise 3D-Simulationen zu ermöglichen. Es ist jedoch wichtig, dass das Voreinstellgerät diesen Eckenradius genau erfassen kann.

    Ein weiterer, häufig übersehener Aspekt der Schleifscheibenvorbereitung ist die Notwendigkeit die Scheibe auf dem für die Maschine vorgesehenen Aufnahmeflansch voreinzustellen, ohne sie nachträglich auf eine andere Aufnahme zu wechseln. Diese Praxis garantiert exakte Messungen und ermöglicht auch die Erkennung eines übermäßigen Unrundlaufs während des Voreinstellprozesses.

    Die Berücksichtigung dieser Betrachtungsweisen wird dazu beitragen, sowohl die Effizienz als auch das Endergebnis beim Schleifen zu verbessern, was für Betreiber und Besitzer gleichermaßen wichtig ist.