Kunststoffbacken sorgen für sanften Halt

Unaufhaltsam ist der Trend zu kleineren, leistungsfähigeren und präziseren Produkten. Dadurch steigen die Anforderungen auf allen Stufen der Prozesskette. Herkömmliche Fertigungsverfahren stoßen immer häufiger an ihre Grenzen. Vielfach sind sie mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand verbunden und verursachen entsprechend hohe Kosten. In solchen Fällen schlägt die Stunde der Lohnfertiger, die gerade bei Einzelstücken und Kleinserien mit einem hohen Maß an technischer Kreativität und reichlich Erfahrung aus unterschiedlichsten Projekten punkten können. Sie sind oft spezialisiert auf die hocheffiziente Präzisionszerspanung. Die meist kleinen Betriebe müssen von Natur aus sehr flexibel auf unterschiedlichste Anforderungen reagieren und sammeln im Laufe der Zeit ein erhebliches Know-how hinsichtlich wirtschaftlicher Lösungen kniffliger Aufgaben. Wer sich behaupten will, braucht neben leistungsstarken Maschinen vor allem innovative Werkzeuge und jede Menge Ideen, wie sich vermeintlich unlösbare Aufgaben doch lösen lassen.

Ein Beispiel dafür ist ein ambitionierter CNC-Lohndreher am Rande des Odenwalds. Er reduzierte die Fertigungszeit hochpräziser Bauteile für Messmittel um stolze 70 %. Doch damit nicht genug: Mit Hilfe glasfaserverstärkter Kunststoffbacken der Lauffener Schunk GmbH & Co. KG unterbietet er dabei zudem die ausgesprochen engen Toleranzen deutlich und erzielt so eine hohe Qualität zu minimalen Kosten.

Die CNC-Schmiede von Manfred Becker im idyllisch gelegenen Mömlingen ist nicht nur geographisch gesehen ein Grenzgänger. Zwischen Bayern und Hessen fertigt der gelernte Industriemechaniker und Industriemeister der Fachrichtung Geräte- und Feinwerktechnik auf zwei Universal-Drehmaschinen des Typs CTX 410 von Gildemeister anspruchsvollste Drehteile. Sein Drang, die Grenzen des Machbaren immer weiter auszudehnen, ist förmlich spürbar. Mit einem Lächeln berichtet er von immer wieder neuen Herausforderungen, die er sowohl präzise als auch effizient lösen konnte. Die High-Tech-Kunden kommen aus der Formel 1, sie sind Hersteller von Robotern, Messsystemen oder anderen hochpräzisen Apparaturen. Sein Wissen und seine Erfahrung hat sich Becker am Forschungszentrum Jülich erarbeitet. Dort gehörte es zu seinen Aufgaben, Verfahren zu entwickeln, mit deren Hilfe sich unterschiedlichste Materialien präzise und prozesssicher bearbeiten ließen. Heute reicht das Spektrum der Werkstoffe, die er bearbeitet, von Kunststoffen bis zu Titan. „Das Einzige, das ich nicht drehe, ist hochwarmfester Edelstahl“, schränkt er ein.

Was Kreativität in Verbindung mit modernen Spannmitteln zu leisten vermag, zeigt ein Auftrag zur Fertigung unterschiedlicher Scheiben aus Aluminium oder Edelstahl 1.4305 für hochpräzise Messgeräte. Die Vorgaben sind dabei ausgesprochen eng: Bei einem Durchmesser von beispielsweise 199 mm und einer Materialdicke von 10 mm beträgt die Toleranz für die Parität zwischen Vorder- und Rückseite 0,03 mm, für die Dicke sowie für den Außendurchmesser 0,05 mm. Zudem sind der Einstich und drei der insgesamt vier Fasen im Hundertstel-Millimeter-Bereich toleriert. Die gemittelte Rauhtiefe Rz der Oberfläche darf maximal 0,004 mm betragen.

Wurde in der vorhergehenden Fertigung jede einzelne Scheibe insgesamt sechsmal in einem Handspannfutter gerüstet, benötigt Becker heute nur noch zwei Aufspannungen. Das komplette Werkstück fertigt er in 10 bis 11 min und damit rund 70 Prozent schneller als bisher.

Möglich wird das mit Hilfe der Quentes Kunststoffbacken von Schunk. Diese Spezialbacken bestehen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Wegen deren hohem Reibwert von 0,3 bis 0,4 können auch mit geringen Spannkräften hohe Bearbeitungskräfte übertragen werden. In Verbindung mit dem großen Umschlingungswinkel der ausgedrehten Backen werden die dünnen Scheiben deformationsarm gespannt. Dabei sorgt die Stützstruktur der Aluminium-Trägerbacke für hohe Stabilität. Das geringe Gewicht der Spannlösung aus Aluminium-Trägerbacke und Kunststoff-Aufsatzbacke lässt während der Drehoperation nur geringe Backenfliehkräfte entstehen. Dadurch sind die hohen Bearbeitungsdrehzahlen von 4000 bis 6000 min-1 möglich. Zuvor waren Versuche mit reinen Aluminiumbacken gescheitert, weil deren Gewicht und Reibwert für die notwendigen Drehzahlen zu hohe Spannkräfte erfordert hätten. Selbst mit dem mittlerweile vielfach bewährten 6-Backen-Kraftspannfutter von Schunk, das der Lauffener Spann- und Greiftechnikspezialist kostenlos zum Test zur Verfügung gestellt hatte, gelang es nicht, die Vorgaben einzuhalten. Bei der erforderlichen Spannkraft wurden die extrem sensiblen Werkstücke trotz der sechs Berührungspunkte deformiert – sie wurden bauchig.

Den Durchbruch brachten schließlich die Quentes-Spannbacken. Aufgrund des hohen Reibwerts und des großen Umschlingungswinkels reichen geringe Kräfte aus, um die Scheiben bei dieser Bearbeitung sicher zu spannen. Bei einer Spanntiefe von gerade einmal 3,5 mm und einem Spanndruck von lediglich 7 bar werden die Drehteile damit in nur noch zwei Aufspannungen bearbeitet.

Im ersten Durchgang werden sie einer Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min, einem Vorschub von 0,2 mm pro Umdrehung und einer Schnitttiefe von 1 mm an der Planfläche respektive 2 mm an der Schräge geschruppt. Der Schlichtprozess erfolgt in zwei Durchgängen mit Schnittgeschwindigkeiten von 120 und 220 m/min und Vorschüben von 0,12 und 0,06 mm pro Umdrehung.

Eine weitere Besonderheit der Kunststoffbacken: Sie ermöglichen eine vollkommen spurlose Werkstückspannung auf bereits fertig bearbeiteten Oberflächen. Selbst auf geschliffenen oder oberflächenbehandelten Werkstücken bilden sich keinerlei Spannmarken.

Weil die Einsätze ausgetauscht werden können, ist die Spannlösung zudem besonders kostengünstig. Die Spezialbacken gibt es für Kraftspannfutter und Schnellwechselfutter in den Größen 160 bis 315 mm. Manfred Becker nutzt zum Spannen ein Keilhaken-Kraftspannfutter des Typs Rota NCD. Auch bei hohen Drehzahlen verfügt dieses Futter über eine hohe Rundlaufgenauigkeit. Zudem spannt es sowohl kleine als auch große Werkstückdurchmesser und bietet damit eine große Flexibilität.

Nach der Bearbeitung wird bei Becker jede Scheibe auf ihre Maßhaltigkeit hin überprüft. Mit Abweichungen zwischen 0,01 und 0,02 mm unterschreiten die Ist-Werte die ohnehin engen Vorgaben noch einmal deutlich. „Um diese Werte dauerhaft sicher zu erreichen, kommt es nicht nur auf die richtige Ausrüstung an, sondern auch auf größtmögliche Sorgfalt“, betont der Industriemeister. Entscheidend sei, dass die Kunststoffbacken exakt angepasst werden. Er dreht daher die beiden Backensätze für die erste und die zweite Aufspannung selbst aus und geht zudem höchst sorgsam mit den Maschinen, Werkzeugen und Spannmitteln um, denn „das Ergebnis kann immer nur so genau sein, wie die Ausrüstung“. Auch darin unterscheide er sich von anderen Betrieben, betont Becker: „Ich liefere nichts aus mit Macken oder Kratzern. Selbst wenn Teile quasi unsichtbar verbaut werden, hat der Kunde ein Recht darauf, dass sie auch optisch einwandfrei sind.“

So verschieden die Anforderungen in der Zerspanung sind, so unterschiedlich sind auch die Möglichkeiten zur Werkstückspannung. Mit über 1200 unterschiedlichen Backentypen hat Schunk nach eigener Angabe das größte Standard-Spannbackenprogramm sowie breite Programme an Stationären Spannsystemen, Werkzeughaltern und Drehfuttern. Dadurch sei gewährleistet, dass Anwender systemneutral beraten werden und zu einer Spannlösung finden, die ihre Anforderungen erfüllt und zugleich eine hohe Kosteneffizienz aufweist.

Robert M. Schönfelder Bereichsleiter Spannbacken, Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen

Statt bisher sechs reichen jetzt zwei Aufspannungen