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Vereinfachen Sie die Wellen-Nutbearbeitung mit TungMeister VVFH

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Vereinfachen Sie die Wellen-Nutbearbeitung mit TungMeister VVFH

Ein intelligenterer Prozess vom Bohren bis zur Umfangsfertigbearbeitung



Für die Wellen-Nutbearbeitung umfassen gängige Methoden das Ramping mit einem Schaftfräser oder das Bohren einer Pilotbohrung vor der Nutenfräsen mit einem Schaftfräser.
Ist diese Bearbeitungsmethode aber wirklich optimal?
Ramping erfordert oft einen langen Werkzeugweg. Die Verwendung separater Bohrer und Schaftfräser reduziert die Belastung jedes Werkzeugs, erhöht jedoch die Anzahl der Werkzeuge und Werkzeugwechsel.
Der multifunktionale VVFH-Kopf von TungMeister ist ein
dreischneidiger Schaftfräser mit verbesserter Bohrleistung.
Er kann direkt an der Startposition bohren, sich seitlich bewegen, um die Innenseite der Nut zu bearbeiten, und dann zum schulterfräsen für die Umfangsfertigbearbeitung übergehen.
Mit anderen Worten, VVFH ist nicht einfach ein „Schaftfräser, der bohren kann“. Es ist ein
Werkzeug, das entwickelt wurde, um den Prozess, die Werkzeuge und den Werkzeugweg für die Wellen-Nutbearbeitung umfassend zu überdenken.

Was Sie in diesem Artikel erfahren

1. Sind konventionelle Wellen-Nutbearbeitungsprozesse zur unangefochtenen Norm geworden?

Bei Wellennuten, insbesondere bei geschlossenen Taschenformen, kann das Werkzeug nicht von der Seite eindringen.
Daher hat die Methode zur Erreichung der erforderlichen Bearbeitungstiefe einen erheblichen Einfluss auf die Bearbeitungszeit und die Anzahl der benötigten Werkzeuge.
Die folgenden drei Methoden werden üblicherweise verwendet.

Methode 1: Ramping mit einem Schaftfräser

Der Schaftfräser dringt schräg in das Werkstück ein und schneidet schrittweise bis zur angegebenen Tiefe.
Anschließend bewegt er sich seitlich, um die Innenseite der Nut zu bearbeiten, gefolgt von schulterfräsen um den Umfang zur Fertigbearbeitung.
Obwohl diese Methode die Anzahl der Werkzeugwechsel begrenzt, erfordert sie einen ausreichenden Eintrittsweg, um die Bearbeitungstiefe zu erreichen.
Bei tiefen Nuten wird der Ramping-Weg länger und kann eine Reduzierung der Bearbeitungszeit verhindern.

Methode 2: Wiederholte flache Schnitte und seitliche Vorschubbewegungen

Die axiale Schnitttiefe wird auf einen kleinen Wert eingestellt, und die Innenseite der Nut wird durch wiederholte Z-Achsen-Schnitte und seitliche Vorschubbewegungen bearbeitet.
Obwohl dies die Reduzierung der Werkzeugbelastung erleichtert, erhöht es die Anzahl der Durchgänge.
Wenn auch die Umfangsfertigbearbeitung enthalten ist, neigt die für jede Nut erforderliche Bearbeitungszeit dazu, länger zu werden.

Methode 3: Bohren einer Pilotbohrung und Nutenfräsen mit einem Schaftfräser

Ein Bohrer wird verwendet, um eine Pilotbohrung bis zur erforderlichen Bearbeitungstiefe zu erstellen.
Das Werkzeug wird dann auf einen Schaftfräser gewechselt, der die Innenseite der Nut bearbeitet und schulterfräsen um den Umfang zur Fertigbearbeitung durchführt.
Diese Methode reduziert sowohl den Ramping-Weg als auch die Eintrittsbelastung des Schaftfräsers, birgt jedoch die folgenden Herausforderungen.

  • Sowohl ein Pilotbohrer als auch ein Schaftfräser sind erforderlich
  • Werkzeugwechsel sind erforderlich
  • Mehr Werkzeugplätze und angetriebene Werkzeugeinheiten sind erforderlich
  • Werkzeugversatz- und Standzeitmanagement sind für jedes Werkzeug erforderlich
  • Werkzeugbestand und Einrichtungsaufwand steigen

DILEMMA

Die Reduzierung der Werkzeuganzahl verlängert den Werkzeugweg, während die Verkürzung des Werkzeugwegs die Werkzeuganzahl erhöht

VVFH löst diesen Kompromiss.

2. VVFH verbindet Bohren mit Umfangsfertigbearbeitung

VVFH ist ein dreischneidiger Schaftfräser mit zentrierenden Schneiden, die das Bohren ermöglichen.
Er kann direkt in Z-Richtung an der Bearbeitungsstartposition bohren.
Nach Erreichen der angegebenen Tiefe kann er sich seitlich bewegen, um die Innenseite der Nut zu bearbeiten.
Anschließend kann er direkt zum schulterfräsen um den Nutumfang zur Fertigbearbeitung übergehen.

Vergleich der Bearbeitungsmethoden

Konventionelle Ramping-Methode

Ramping-Eintritt
→
Seitlicher Vorschub innerhalb der Nut
→
Umfangs-Schulterfertigbearbeitung

Konventionelle Bohr- und Schaftfräsmethode

Pilotbohrung bohren
→
Werkzeugwechsel
→
Schaftfräser-Nutenbearbeitung
→
Umfangs-Schulterfertigbearbeitung

Bearbeitung mit VVFH

VVFH-Bohren
→
Seitliche Nutenbearbeitung
→
Umfangs-Schulterfertigbearbeitung


POINT

VVFH ist ein Werkzeug, das den Nut-Werkzeugweg transformiert

Der Wert von VVFH beschränkt sich nicht darauf, einem konventionellen Schaftfräser Bohrleistung hinzuzufügen.
Sein größter Vorteil ist die Fähigkeit, einen Prozess, der auf Ramping oder mehreren Werkzeugen basiert, durch eine
kontinuierliche Bearbeitungsmethode aus Bohren, seitlichem Vorschub und Umfangsfertigbearbeitung zu ersetzen.

Beispiel für die Verbesserung der Bearbeitungszeit

Nutenbearbeitung an einer S45C-Welle

Konventionelles Ramping:
240 Sekunden
→ Mit VVFH:
75 Sekunden
(Quelle: interne Dokumentation)

3. Drei Technologien zur Unterstützung der stabilen VVFH-Bearbeitung

Bohren und Nutenfräsen unterscheiden sich sowohl in der Richtung der auf das Werkzeug wirkenden Last als auch in den Bedingungen, unter denen Späne abgeführt werden.
VVFH integriert Technologien, die es ermöglichen, diese unterschiedlichen Bearbeitungsvorgänge mit einem einzigen Werkzeug durchzuführen.

Merkmal 1: Drei zentrierende Schneiden zum Bohren


VVFH verfügt über drei zentrierende Schneiden.
Beim Bohren greifen alle drei Schneiden in den Schnitt ein und verteilen die Last auf die Schneiden.
Da die Schneiden in der Mitte des Werkzeugs funktionsfähig bleiben, kann VVFH direkt in Z-Richtung von der Bearbeitungsstartposition eindringen und dann zum seitlichen Vorschub übergehen.

Merkmal 2: 150 % Spanraumvolumen im Vergleich zum konventionellen Design


Beim Bohren ist das Werkzeug vom Werkstück umgeben, wodurch der verfügbare Raum für die Abfuhr der erzeugten Späne besonders wichtig wird.
VVFH verwendet große Spanräume und bietet
150 % des Spanraumvolumens des konventionellen Designs
(Quelle: interne Produktdokumentation).
Diese Struktur reduziert die Spanansammlung beim Bohren und erleichtert einen reibungslosen Übergang zur nachfolgenden seitlichen Vorschubbearbeitung.

Dieses große Spanraumvolumen kommt nicht nur dem Bohren zugute, sondern
trägt auch erheblich zur verbesserten Spanabfuhr beim Nutenfräsen bei.
Bei Nutenfräsen, wie der Wellen-Nutbearbeitung, greift der gesamte Werkzeugdurchmesser in den Schnitt ein, wodurch gleichzeitig ein großes Spanvolumen entsteht.
Ein größeres Spanraumvolumen erschwert die Spanansammlung in den Taschen und verhindert eine Erhöhung der Schnittlast durch Spänerecycling.
Dies ermöglicht
eine durchweg stabile Bearbeitung vom Bohren bis zum Nutenfräsen.

Merkmal 3: Ratterfestigkeit mit variabler Drallsteigung

Beim seitlichen Nutenfräsen greift der gesamte Werkzeugdurchmesser in den Schnitt ein, was zu hohen Schnittlasten und einer größeren Neigung zu Vibrationen führt.
VVFH verwendet ein Design mit variabler Drallsteigung.
Seine Spanabfuhrleistung und Ratterfestigkeit unterstützen Werkzeugwege, die von der Bohr- zur seitlichen Vorschubbearbeitung beim Nuten- und Taschenfräsen übergehen.

DREI TECHNOLOGIEN

Drei zentrierende Schneiden × großes Spanraumvolumen × variable Drallsteigung

Diese drei Technologien wirken zusammen, um einem Werkzeug die Durchführung der zwei unterschiedlichen Bearbeitungsvorgänge Bohren und Nutenfräsen zu ermöglichen.

4. Auswahl des richtigen Schafts zur Maximierung der VVFH-Leistung

Bei der Wellen-Nutbearbeitung ist es wichtig, nicht nur den geeigneten VVFH-Kopf auszuwählen, sondern auch eine ausreichende Steifigkeit der gesamten Werkzeugbaugruppe, einschließlich des Schafts, sicherzustellen.
Beim Nutenfräsen und schulterfräsen werden radiale Lasten auf das Werkzeug ausgeübt.
Grundsätzlich sollte die Werkzeugbaugruppe
so kurz und so dick wie möglich sein.

VSSD Hochsteifer Schaft


 

VSSD verwendet einen geraden Schaft, dessen Durchmesser größer ist als das Kopfverbindungsgewinde, wodurch die Steifigkeit der gesamten Werkzeugbaugruppe erhöht wird.
Er reduziert die Werkzeugauslenkung bei Anwendungen mit hohen radialen Lasten, wie dem Nutenfräsen von Wellennuten und der Bearbeitung langer Nuten.
In einem internen Nutenfrästest zeigte er
ratterfreie Bearbeitung bei bis zu dreifacher Schnitttiefe des zum Vergleich verwendeten Vollhartmetallfräsers.

Anwendungen, bei denen VSSD effektiv ist:

  • Nutenfräsen von Wellennuten
  • Bearbeitung langer Nuten
  • Hochlastbearbeitung von Materialien wie SCM-Stahl
  • Anwendungen mit Rattern oder Werkzeugauslenkung
  • Anwendungen mit instabilen Abmessungen während der Umfangs-Schulterfertigbearbeitung

VER Integrierter ER-Spannzangenschaft


Dieser Schaft ist effektiv in Umgebungen, die maschinenseitige ER-Spannzangen verwenden, einschließlich Drehmaschinen, Multitasking-Maschinen und Langdrehautomaten.
Sein integriertes ER-Spannzangen-kompatibles Design verkürzt den Werkzeugüberhang.
Es hilft, Auslenkung und Rattern in Umgebungen zu unterdrücken, in denen die Steifigkeit schwer aufrechtzuerhalten ist, wie z. B. bei angetriebenen Werkzeugeinheiten und kompakten Maschinen.
Kompatibel mit ER11, ER16, ER20 und ER25.

Richtlinien zur Schaftauswahl

Kurzer Überhang ist an einer Drehmaschine oder Multitasking-Maschine erforderlich VER integrierter Spannzangenschaft
Höhere Steifigkeit ist gegen radiale Lasten beim Nutenfräsen erforderlich VSSD hochsteifer Schaft
Es gibt keine Interferenzen und ein Schaft mit größerem Durchmesser kann verwendet werden Priorisieren Sie die kürzeste und dickste mögliche Konfiguration

5. Kundenanwendungsbeispiele

Die folgenden Kundenanwendungsbeispiele demonstrieren die Fähigkeiten von VVFH.
Sehen Sie, wie VVFH Verbesserungen in
Prozessintegration, Standzeit und Bearbeitungsstabilität lieferte.

Fall 1
SCM440 EV-Motorwelle: Sechsmal mehr Komponenten durch Umstellung von einem HSS-Schaftfräser

Anwendungsdetails

  • Komponente: Motorwelle für EV- und HEV-Antriebssysteme
  • Werkstückmaterial: SCM440, 27–35 HRC
  • Maschine: Drehmaschine / externe kühlmittelzufuhr
  • Operation: Nutenfräsen mit einer Nutbreite von 10 mm, Nutlänge von 400 mm und Tiefe von 4,5 mm

Herausforderungen

  • Der vorhandene HSS-Schaftfräser hatte eine kurze Standzeit und musste nach der Bearbeitung von fünf Komponenten ersetzt werden
  • Der Ausfallmodus war Schneidenbruch, was einen Bedarf an längerer Standzeit schuf
  • Die 400 mm Nutlänge führte zu einem langen Bearbeitungsweg

Vergleich der Schnittbedingungen

Konventioneller HSS-Schaftfräser VVFH + VSSD
Werkzeug und Schaft ø8 HSS-Schaftfräser, 2 Schneiden VVFH0800S03R04S05
VSSD10L055S05-S
Kopfmaterial und sorte Beschichtetes HSS Hartmetall AH715
schnittgeschwindigkeit Vc 23 m/min 23 m/min
Schnitttiefe ap 4,5 mm 4,5 mm
Vorschubgeschwindigkeit 45 mm/min 45 mm/min
Auskragungslänge 20 mm 20 mm
Bearbeitete Komponenten pro Kopf 5 Komponenten 30 Komponenten, 6-mal mehr
Ausfallmodus Schneidenbruch Freiflächenverschleiß
Oberflächenqualität Äquivalent zum konventionellen Werkzeug Gut
Werkzeugstabilität Äquivalent zum konventionellen Werkzeug Gut

POINT

Hartmetallkonstruktion und ein hochsteifer Schaft änderten den Ausfallmodus von Bruch zu stabilem Verschleiß

Der HSS-Schaftfräser wurde durch einen Hartmetall-AH715-VVFH-Kopf ersetzt, wobei die gleiche schnittgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Vorschubgeschwindigkeit beibehalten wurden.
Es wurde auch ein VSSD-Hochsteifschaft verwendet.
Als Ergebnis
änderte sich der Ausfallmodus von plötzlichem Schneidenbruch zu stabilem Freiflächenverschleiß,
und die Anzahl der bearbeiteten Komponenten stieg von fünf auf 30.
Auch die Oberflächenqualität verbesserte sich.

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Fall 2
SCM420/430 Wellennut: Reduzierung von drei Prozessen auf zwei und von drei Werkzeugen auf eines

Anwendungsdetails

  • Komponente: Welle, grobe Nutenbearbeitung
  • Werkstückmaterial: SCM420 / SCM430
  • Maschine: Drehzentrum mit angetriebener Spindel
  • Nutbreite: 8 / 10 / 12 / 16 mm

Herausforderungen bei der konventionellen Drei-Prozess-Methode

  • 1. Pilotbohrung bohren mit einem Flachbohrer
  • 2. Grobe Nutenfräsen mit einem vierschneidigen Schruppschaftfräser
  • 3. Umfangsfertigbearbeitung mit einem vierschneidigen Schlichtschaftfräser
  • Drei Werkzeuge waren erforderlich, was zu einem erheblichen Arbeitsaufwand für Werkzeugwechsel und Werkzeugmanagement führte

VVFH-Bearbeitungsbedingungen

  • Bohren: Vc = 60 m/min, fz = 0,03 mm/Z
  • Seitliche Nutenfräsen: ap = 3,5 mm, Vc = 100 m/min, fz = 0,07 mm/Z
  • Gute Ergebnisse sowohl beim Bohren als auch bei der seitlichen Vorschubbearbeitung

Verbesserungsergebnisse

Konventionell VVFH + VSSD
Werkzeug und Schaft ø9 Schruppschaftfräser, 4 Schneiden VVFH1000S03R04S06 AH715
VSSD12L065S06-S
zahnvorschub fz 0,05 mm/Z 0,07 mm/Z
Auskragungslänge 20 mm 15 mm
Materialabtragrate 22,28 cm³/min 23,4 cm³/min
Anzahl der Prozesse 3 Prozesse 2 Prozesse, Schruppen + Schlichten
Anzahl der benötigten Werkzeuge 3 Werkzeuge 1 Werkzeug
Oberflächenqualität Mangelhaft Gut
Werkzeugstabilität — Gut

POINT

Bohren und Schruppbearbeitung in einem einzigen VVFH-Werkzeug konsolidiert

Unter Beibehaltung des Umfangs-Schlichtprozesses
wurden der Flachbohrer und der Schruppschaftfräser in einem einzigen VVFH-Werkzeug konsolidiert.
Die Anzahl der Prozesse wurde von drei auf zwei reduziert, und die Anzahl der benötigten Werkzeuge wurde von drei auf eines reduziert.
Der Überhang wurde ebenfalls von 20 mm auf 15 mm verkürzt, was einen höheren Vorschub bei gleichzeitiger Verbesserung der Oberflächenqualität ermöglichte.

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Fall 3
S45C Wellennut: Ein-Prozess-Bearbeitung und längere Standzeit gleichzeitig erreicht

Anwendungsdetails

  • Komponente: Welle für einen Dieselmotor
  • Werkstückmaterial: S45C
  • Maschine: Drehmaschine mit angetriebener Werkzeugspindel / externe kühlmittelzufuhr
  • Operation: ø8 Nutenfräsen, 5 mm Schnitttiefe und 58 mm Bearbeitungslänge

Herausforderung

  • Die konventionelle Methode bestand aus zwei Prozessen: Pilotbohrung bohren mit einem ø8-Bohrer, gefolgt von Nutenfräsen mit einem ø8-Schaftfräser eines Wettbewerbers
  • Eine höhere Produktivität durch Prozessintegration war erforderlich

Vergleich der Schnittbedingungen

Konventionelles Wettbewerber-Werkzeug VVFH + VSSD
Werkzeug und Schaft ø8 Schaftfräser, 4 Schneiden VVFH0800S03R04S05
VSSD10L055S05-S
Sorte AlCrN AH715
schnittgeschwindigkeit Vc 60 m/min 60 m/min
Schnitttiefe ap 5 mm 5 mm
zahnvorschub fz 0,01 mm/Z 0,03 mm/Z
Vorschubgeschwindigkeit 95 mm/min 215 mm/min
Bearbeitete Werkstücke pro Kopf 126 Werkstücke 160 Werkstücke
Materialabtragrate 3,82 cm³/min 8,59 cm³/min
Anzahl der Prozesse 2 Prozesse, Bohren + Nutenfräsen Konsolidiert zu 1 Prozess
Oberflächenqualität Gut Gut

POINT

Optimieren Sie den Vorschub, anstatt ihn einfach zu reduzieren

VVFH wurde mit seiner Bohrleistung vorgeschlagen, um die Prozesse zu integrieren.
Anfänglich trat Schneidenbruch auf, als mit dem gleichen geringen Vorschub wie beim Werkzeug des Wettbewerbers bearbeitet wurde.
Jedoch durch
Optimierung des Vorschubs auf den empfohlenen Wert von fz = 0,03 mm/Z,
erhöhte sich die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke von 126 auf 160.
Die Materialabtragrate hat sich mehr als verdoppelt, was
sowohl Prozessintegration als auch längere Standzeit
ermöglichte und zu einem erfolgreichen Werkzeugwechsel führte.

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Was die drei Fälle gemeinsam haben

Überprüfen Sie den Prozess, den Schaft und die Schnittbedingungen gemeinsam, anstatt nur das Werkzeug zu ersetzen

In allen drei Fällen wurde der vorhandene Schaftfräser nicht einfach durch VVFH ersetzt.
Die Ergebnisse wurden durch die Kombination eines
Materialwechsels von HSS zu Hartmetall,
verbesserter Werkzeugsteifigkeit mit einem VSSD-Hochsteifschaft,
kürzeren Werkzeugüberhangs,
und
für VVFH geeigneter Vorschubbedingungen erzielt.
Zusammen ermöglichten diese Maßnahmen sowohl die Prozessintegration als auch eine längere Standzeit.

6. Verwenden Sie unterschiedliche Bedingungen für Bohren, Nutenfräsen und Umfangsfertigbearbeitung

VVFH kann mehrere Bearbeitungsvorgänge mit einem einzigen Werkzeug durchführen, dies bedeutet jedoch nicht, dass jeder Vorgang die gleichen Schnittbedingungen verwenden sollte.
Es ist wichtig, für jeden Bearbeitungsvorgang geeignete Bedingungen festzulegen.

bohren

  • schnittgeschwindigkeit beim Bohren
  • Z-Achsen-Vorschub
  • Bohrtiefe
  • Ob Tieflochbohren erforderlich ist
  • kühlmittelzufuhr
  • Spanabfuhrbedingungen

Nutenfräsen

  • Zahnvorschub
  • Axiale Schnitttiefe
  • Nutbreite
  • Bearbeitungslänge
  • Spanabfuhrbedingungen
  • Rattern oder ungewöhnliche Geräusche
  • Werkzeugschadenbedingung

Umfangs-Schulterfertigbearbeitung

  • Umfangs-Schlichtzugabe
  • Radiale Schnitttiefe
  • Zahnvorschub
  • Nutbreite
  • Schulterabmessungen
  • Erforderlicher Eckenradius
  • Zustand der bearbeiteten Oberfläche

WICHTIG

Stellen Sie optimale Bedingungen für jeden Bearbeitungsvorgang ein

Die Richtung und Größe der auf das Werkzeug wirkenden Last unterscheiden sich zwischen Bohren, Nutenfräsen und Umfangsfertigbearbeitung.
Die VVFH-Leistung kann maximiert werden, indem
die Schnittbedingungen für jeden Vorgang individuell eingestellt werden.

Zusammenfassung: VVFH verändert den konventionellen Ansatz zur Wellen-Nutbearbeitung

Dieser Artikel stellte die Herausforderungen der Wellen-Nutbearbeitung und die Lösungen von TungMeister VVFH vor.
Die wichtigsten Punkte sind unten zusammengefasst.

  1. Die Wellen-Nutbearbeitung stellt ein Dilemma zwischen „Anzahl der Werkzeuge und Werkzeugweglänge“ dar:
    Ramping, Bohr- und Schaftfräsbearbeitung sowie wiederholtes Flachschneiden haben jeweils Vor- und Nachteile.
  2. VVFH verbindet Bohren, Nutenfräsen und Umfangsfertigbearbeitung mit einem einzigen Werkzeug:
    Drei zentrierende Schneiden ermöglichen den direkten Z-Achsen-Eintritt, gefolgt von seitlichem Vorschub.
  3. Drei Technologien ermöglichen eine stabile Bearbeitung:
    drei zentrierende Schneiden, 150 % Spanraumvolumen und variable Drallsteigung.
  4. Die Schaftauswahl beeinflusst die Leistung direkt:
    Wählen Sie je nach anwendung zwischen dem VSSD-Hochsteifschaft und dem integrierten ER-Spannzangenschaft.
  5. Optimieren Sie die Schnittbedingungen für jeden Bearbeitungsvorgang:
    Legen Sie individuelle Bedingungen für Bohren, Nutenfräsen und Umfangsfertigbearbeitung fest.
  6. In Kundenanwendungen bewährt:
    Die Ergebnisse umfassen eine Reduzierung der Bearbeitungszeit um 69 %, reduziertes Rattern, weniger Werkzeuge und weniger Werkzeugwechsel.
  7. Das Wechselkopfdesign reduziert die Betriebskosten:
    der Schaft kann wiederverwendet werden.

Wenn Sie Ihren Wellen-Nutbearbeitungsprozess verbessern möchten, laden wir Sie ein, VVFH auszuprobieren.

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