Konzentration auf die Werkstückspannung

Der Weg zu besseren Setups kann ein Nullsummenspiel sein; Nicht alle Systeme sind gleich

Haben Sie Ihren „Einrichter“ verloren oder sind Sie zu der Erkenntnis gelangt, dass Ihnen die Einrichtung zu viel kostet? Vielleicht haben Sie das quälende Gefühl, dass Sie die Einrichtung nicht richtig berücksichtigen, und auf jeden Fall wissen Sie, dass Sie die Kosten senken müssen.

Laut John Zaya, einem Produktspezialisten bei Big Daishowa Inc. (ehemals Big Kaiser) in Hoffman Estates, Illinois, sind dies die häufigsten Beweggründe für die Erwägung eines Wechsels von einem generischen Schraubstock zu einer Nullpunkt-Werkstückspannung. Der Zauber dieses Ansatzes besteht darin, dass die Werkstückspannung ihre Position von Teil zu Teil wiederholt und somit die Notwendigkeit entfällt, jedes Setup abzutasten oder anderweitig einzuwählen. Aber wie sollten Sie das angehen, insbesondere wenn Ihr Geschäft – wie die meisten – ein relativ geringes Volumen und eine hohe Mischung aufweist?

Nullpunktspannungen mit Zugbolzenbasis gibt es schon seit mehr als 30 Jahren. Und obwohl die Größe und Form der Stollen sowie die Abstände zwischen ihnen branchenweit standardisiert wurden, sind nicht alle Systeme gleich. Obwohl die angegebene Genauigkeit und Wiederholbarkeit dieser Systeme von Anbieter zu Anbieter seltsamerweise gleich ist, gibt es Unterschiede in der Verarbeitungsqualität, der Spannkraft und dem Grad der Automatisierung.

Die meisten Nullpunkt-Spannsysteme, darunter UNILOCK von Big Daishowa, Vero-S von Schunk GmbH und die Systeme von SMW Autoblok Corp. und Erowa Technology Inc., verwenden eine federbelastete Stange (oder in einigen Fällen mehrere), um dagegen zu drücken Der Zugbolzen dient zum Verriegeln und der pneumatische Druck zum Lösen. Dies hat den Vorteil, dass die Maschine die Basis per Knopfdruck oder sogar automatisch sichern kann; Der Nachteil besteht darin, dass die Technologie Druckluftleitungen im Arbeitsbereich erfordert.

Eine bemerkenswerte Ausnahme von der automatischen Zugbolzenklemmung ist die DynoLock-Basis von Mate Precision Technologies in Anoka, Minnesota, ein relativ neuer Eintrag auf diesem Gebiet. Das Befestigen eines Schraubstocks an einer DynoLock-Basis erfordert das manuelle Drehen eines 6-mm-Inbusschlüssels, idealerweise mit einem Drehmoment von 20 Nm, erklärte Vizepräsident Frank Baeumler. Jede DynoLock-Basis nimmt vier Zugbolzen auf (was an sich ungewöhnlich ist), und der Mechanismus ist insofern einzigartig, als er jeden Bolzen mit einem Joch erfasst, das die Hälfte seines Umfangs berührt und ihn zur Mitte hin zieht.

Mate verfügt über mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Herstellung von Präzisionsfertigungswerkzeugen und der damit verbundenen Bearbeitung von „Werkzeugstählen, hochlegierten Stählen und exotischen Werkstoffen“, bemerkte Baeumler. Er fügte jedoch hinzu, dass das Unternehmen keine vorgefassten Vorstellungen davon habe, wie man Nullpunktwerkzeuge baut, und dass der übliche Ansatz nicht besonders sinnvoll sei.

Das Drücken gegen den Zugbolzen mit einer Stange oder einem Keil begrenzt die Kontaktfläche, so Baeumler, auf „einen Bruchteil dessen, was wir mit einem Joch darum herum erreichen.“ Wir dachten auch, dass ein solches System selbstzentrierend sein sollte, aber wir sind das einzige Unternehmen, das am Außendurchmesser der Anzugsbolzen zieht“, fuhr er fort. „Alles in unserem Ansatz zielt auf die Mitte ab. Dadurch erreichen wir eine unglaubliche Genauigkeit und Wiederholbarkeit.“

Wie genau und wiederholbar? Die DynoLock-Basis verfügt über eine Spitzengenauigkeit des Werkzeugzentrums von ±13 µm und eine Wiederholgenauigkeit von 5 µm. Und es verfügt über ein präzisionsgeschliffenes Mittelloch, das es einem Maschinentaster erleichtert, die Basis zu lokalisieren.

Das sind hervorragende Zahlen. Aber konkurrierende Systeme behaupten die gleichen oder ähnliche Ergebnisse. Schunk gibt für den Vero S eine Wiederholgenauigkeit von 5 µm an; Erowa gibt für sein MTS2.0 3 µm an. Sie müssen die langfristige Zuverlässigkeit der verschiedenen Ansätze berücksichtigen (z. B. wie gut sie sich gegen Späne abdichten, wie gut sie sich in andere Vorrichtungen integrieren lassen und Überlegungen zur Automatisierung), um sich bei einer Entscheidung sicher sein zu können.

Es ist schwierig, klare Unterscheidungen hinsichtlich der Klemmkraft zu treffen. Laut Mate beträgt die zum Trennen des Oberwerkzeugs von der Basis erforderliche Kraft mehr als 22 kN im 52er-System (52 ​​mm ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Zugbolzen) und 26 kN im 96er-System. Schunk gab für den Vero S bei normaler Federklemmung eine Einzugskraft von 8 kN an. Das Unternehmen bietet aber wie andere „Air-to-Open“-Anbieter auch eine „Turbo“-Funktion an, die pneumatischen Druck nutzt, um die Schließkraft zu erhöhen. In diesem Fall soll der Turbo 28 kN leisten.

Sie können auch mehr als eine Basis verwenden, um ein bestimmtes Gerät festzuhalten. Tatsächlich, so Zaya, „haben wahrscheinlich 75 bis 80 Prozent unseres Umsatzes … zwei oder mehr Spannfutter“ (Big Daishowas Bezeichnung für die Basis). Dafür sind natürlich mehrere Knöpfe an der Leuchte erforderlich, und „die Knöpfe dienen unterschiedlichen Zwecken.“ Den ersten, primären Knopf nennen wir den SBA-Knopf oder unseren runden Knopf“, erklärte Zaya. „Dadurch erhalten wir unseren Master-Bezugspunkt, der sowohl in der X- als auch in der Y-Achse wiederholbar ist. Wenn Sie zwei Spannfutter verwenden, benötigen Sie einen sekundären Knopf, der SBB genannt wird. Es handelt sich hierbei um einen Diamantknopf, d. h. der konische Aufnahmekegel wurde entlastet und berührt nur an zwei Punkten. Es steuert also die Ausrichtung des Geräts um die Mittellinie des A-Knopfes und richtet es parallel zu Ihrer X- oder Y-Achse aus – nicht zu beiden.“

Über zwei Knöpfe hinaus fügt Big Daishowa „SBC“-Knöpfe hinzu, bei denen „der konische Positionierungskegel entlang seines gesamten Durchmessers vollständig entlastet wurde.“ Es bietet also nur Haltekraft, es gibt keine Ortungs- und Orientierungsfunktion“, betonte Zaya.

Bei größeren Leuchten könnten Sie einfach weitere C-Knöpfe hinzufügen und so die Haltekraft vervielfachen. Wie zu erwarten, „muss der Abstand von Spannfutter zu Spannfutter oder von Knopf zu Knopf ziemlich genau sein“, sagte Zaya. Er fügte hinzu, dass die Toleranz für die meisten Anwendungen ±10 µm beträgt und „die meisten modernen Maschinenwerkstätten diesen Genauigkeitsgrad erreichen können.“ Wenn sie eine höhere Genauigkeit wünschen, greifen Sie zu Koordinatenschleifmaschinen und Vorrichtungsschleifmaschinen.“

Laut Zaya verlässt sich UNILOCK bei der Standortbestimmung nicht ausschließlich auf die Threads. „Der Knopf verfügt über eine Positionierungsführung, die dann in eine Präzisions-Positionierungsbohrung passt.“

Mate Precision wiederum schleift einen Ring um den Zugbolzen und eine entsprechende ID in die Unterseite der Basis. Wenn man sie zusammenfügt, sagte Baeumler, „hat man die Genauigkeit der Konstruktion der Basis, die direkt mit der Genauigkeit der Konstruktion des Zugbolzens zusammenhängt, der am Schraubstock befestigt ist.“ Wenn man das alles in die Mitte zieht, erhält man eine beeindruckende Produktwiederholbarkeit und -genauigkeit.“

Benutzer können häufig von der Nullpunktspannung profitieren, indem sie vorhandenen Vorrichtungen einen kompatiblen Zugbolzen/Knopf hinzufügen. „Es kommt nur sehr selten vor, dass wir die aktuelle Vorrichtung eines Kunden nicht so modifizieren können, dass sie UNILOCK-Knöpfe akzeptiert“, bestätigte Zaya. Wie Sie dies tun, hängt von der Vorrichtung, Ihrer Risikotoleranz und Ihren Vorlieben ab. Von den drei Methoden, erzählt Zaya, bohren etwa zwei Drittel ein Loch durch die Halterung (von oben nach unten), damit eine obere Schraube den Knopf nach oben in Position ziehen kann. Dies gibt Ihnen die Möglichkeit, die Vorrichtung auch bei einem Luftdruckverlust zu entfernen, sodass der Knopf im Spannfutter/Basis verbleibt.

Das andere Drittel wähle eine von zwei Methoden, um den Knopf von unten zu befestigen, sagte Zaya, entweder weil das Gerät oben nicht genug Platz für die bevorzugte Methode hat, oder weil sie alles von einer Seite aus machen wollen.

„Wenn Sie die Befestigung von der Unterseite durchführen, müssen Sie sich keine Gedanken darüber machen, das Teil oder die Vorrichtung umzudrehen, um eine Senkung für eine Schraube vorzunehmen“, erklärte er. „Dies ist eher eine praktische und/oder kostensparende Strategie von der Unterseite.“

Die Nullpunktspannung trägt aus dem gleichen Grund zur Automatisierung bei, wie sie die Ersteinrichtung erleichtert. Unabhängig davon, ob Sie ein Teil mit einem Menschen oder einem Roboter in eine wiederholbare Vorrichtung bewegen, können Sie bei der Bearbeitung so sicher sein, wie es die Werkstückspannungstoleranzen zulassen. Und wie wir gesehen haben, sind diese Toleranzen eng.

Sie können Knöpfe an praktisch jeder Art von Vorrichtung anbringen. Sie könnten also automatisch einzelne Schraubstöcke, Spanntürme oder Paletten laden, die mehrere Vorrichtungen enthalten. Mit der üblichen automatischen Feder zum Klemmen und Luft zum Lösen könnte Ihre Maschine so programmiert werden, dass jede Vorrichtung automatisch gesichert wird, wenn der Roboter sie absetzt.

Aber, warnte Zaya, man könne sich nicht auf den Klemmenstatus verlassen, wenn man nicht über eine zusätzliche Rückkopplungsschleife verfüge. Beispielsweise würde die Maschine „wissen“, dass sie die Druckluft benötigt, um das Spannfutter freizugeben, damit das nächste Teil aufgenommen werden kann. Sie wüsste jedoch nicht, dass dies tatsächlich geschah, es sei denn, ein separater Schaltkreis bestätigte den offenen Zustand. Während Big Daishowa solche Funktionen hinzufügen kann, bemerkte Zaya, lehnen sich die meisten Kunden nicht sofort an diesen Grad der Automatisierung heran.

Die meisten Lohnfertiger beginnen mit der Anschaffung von Nullpunktwerkzeugen, die die Einrichtung erleichtern und sie für eine spätere erweiterte Automatisierung positionieren. Ein weiterer Mittelweg, der immer beliebter wird, besteht darin, mithilfe von Nullpunktwerkzeugen Paletten offline zu bauen und die Paletten dann mit einem Roboter zu beladen. In einer solchen Anordnung würde auch die manuelle Klemmung von Mate funktionieren. Baeumler verwies auf eine IMTS-Demo, bei der Nikkens Roboter-Teileausschreibung (der 10DER) Paletten von einem vierseitigen Palettenturm zu einem Bearbeitungszentrum transportierte. Aus Gründen der Interoperabilität stammten die Nullpunktwerkzeuge auf den Paletten von verschiedenen Anbietern, darunter auch Mate.

In einer vielleicht ironischen Wendung wies Zaya auch darauf hin, dass Fünf-Achsen-Maschinen (die ansonsten vielseitiger sind) nicht für automatisierte Nullpunktvorrichtungen geeignet sind. Denn „bei den meisten Fünf-Achs-Maschinen handelt es sich um mehrere Drehachsen.“ Daher ist es in den meisten Fällen unmöglich, Luftleitungen zum System zu führen.“

Big Daishowa bietet für solche Anwendungen manuelle Systeme an. Zaya fügte hinzu, dass bei Fünf-Achsen-Maschinen in der Regel auch Spielprobleme auftreten. Die beste Lösung, so schlug er vor, bestehe darin, „das Teil vom Tisch anzuheben, sodass man um den Spindelstock und die Spindel der Maschine sowie um den Tisch herum viel mehr Luft zum Atmen hat.“

Schließen wir mit dem Schraubstock, der das Werkstück tatsächlich auf der Basis hält. Im Idealfall wäre es auch selbstzentrierend, hochpräzise und wiederholbar – drei Vorteile, die laut Baeumler der DynoGrip von Mate auf höchstem Niveau bietet. Der DynoGrip klemmt das Teil bis auf 15 µm von der perfekten Mitte, wiederholbar auf 10 µm genau. Baeumler sagte, dass dies zum Teil darauf zurückzuführen sei, dass Mate die Leitspindel im eigenen Haus herstelle und dabei Werkzeugstahl verwende, der „ordnungsgemäß gehärtet und mit Titancarbonitrid beschichtet“ sei. Die Schraube habe eine feine Steigung von 1,5 mm und ein Trapezgewinde, was für einen starken, gleichmäßigen Druck sorgt, fügte er hinzu.

Das wichtigste Merkmal ist laut Baeumler jedoch die Bearbeitung sowohl der rechten als auch der linken Seite der Leitspindel vom gleichen oberen Totpunkt aus. „Auf diese Weise kontrollieren wir, wo es beginnt und stoppt, und wir wissen, wo sich die zeitgesteuerte Oberseite der Leitspindel befindet“, erklärte er. „Das Gleiche machen wir für die ID des Drückers, sodass wir wissen, wo sich der obere Totpunkt dieses Gewindes befindet. Zusammen machen es diese beiden Dinge einfacher, beim Zusammenbau genau auf die Mitte des Schraubstocks zu gelangen, da wir jedes Element der Variabilität kontrollieren.“

Schließlich beschrieb Baeumler, dass der Schraubstock ein „Anti-Lift“-Design habe, was bedeutet, dass der Drücker und die Backe beim Spannen eine nach unten gerichtete Kraft auf das Werkstück ausüben. Das steht im Gegensatz zur natürlichen Physik eines Schraubstocks, der dazu neigt, ein Teil anzuheben. Mit den besseren Anbietern von Nullpunktspannsystemen geht der Weg in Richtung immer besserer Qualität.

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