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Wie Schnellwechsel-Werkzeugschäfte und Achteckkegel-Nullpunktlokatoren die Rüstzeit von CNC-Drehmaschinen verkürzen

Wo die Umrüstzeit auf einer Drehmaschine tatsächlich verschwindet

Die meisten Betriebe verfolgen die Zykluszeit zwanghaft, doch die größten versteckten Kosten an einer CNC-Drehmaschine fallen selten beim Schneiden an. Das passiert zwischen Aufträgen, wenn ein Revolver umgerüstet werden muss, ein Bediener jeden Versatz neu anfasst und eine Maschine im Leerlauf steht, während der Papierkram besagt, dass sie „in Produktion“ ist. Bei Kleinserien und hoher Mischmenge kann die Umrüstung im Laufe eines Monats mehr Spindelstunden in Anspruch nehmen als die eigentliche Spanherstellung.

Die physische Ursache dieser Verzögerung ist fast immer dieselbe: Werkzeuge, die direkt am Revolver oder Reitstock angeschraubt, unterlegt oder festgeklemmt sind, ohne wiederholbare Referenzfläche. Bei jeder Entfernung ist eine vollständige Neumessung erforderlich. Es gibt zwei Hardwarekategorien, die speziell zum Entfernen dieses Schritts dienen: modulare Werkzeugschäfte die den Schneidkopf von der Montageschnittstelle trennen, und konische Ortungssysteme Dadurch kann eine gesamte Vorrichtung oder ein Werkzeugblock abgezogen und innerhalb weniger Mikrometer von seiner vorherigen Position wieder installiert werden.

Rüstzeit Wiederholbarkeit Betriebszeit des Stangenladers Mehrspindelumstellung

Schnellwechsel-Werkzeugschaftserie: Trennen des Kopfes vom Halter

Die Kernidee hinter a Schnellwechsel-Werkzeugschaftserie ist unkompliziert: Der Schneideinsatz befindet sich in einer kleinen Kopfeinheit, und diese Kopfeinheit wird über eine passende Schwalbenschwanz- oder gezahnte Kupplung in einem festen Basisschaft befestigt und mit einer einzigen Klemmschraube oder einem Hebel gesichert. Der Basisschaft verlässt nie die Revolvertasche. Nur die Kopfbaugruppe bewegt sich.

Dies ist aus drei praktischen Gründen wichtig. Erstens werden Werkzeughöhe und Mittellinienversätze einmal im Basisschaft eingestellt und bei jedem Kopfwechsel beibehalten, da sich die Kupplungsgeometrie mit einer engen Toleranz wiederholt und nicht davon abhängt, wie fest ein Bediener eine Befestigungsschraube anzieht. Zweitens erfordert ein Wechsel der Wendeschneidplatte nicht mehr das Herausziehen des gesamten Halters aus dem Revolver, so dass nichts neu getaktet oder neu ausgerichtet werden muss. Drittens können Verschleißteile und Sondergeometrien auf einer Werkbank außerhalb der Maschine voreingestellt werden, während die Drehmaschine eine andere Arbeit ausführt.

Quick change tool shank series head and base assembly

Typische Kupplungsspezifikationen

Schaftformat Kupplungstyp Wiederholbarkeit Typischer Anwendungsfall
Vierkantschaft, 16 bis 32 mm Kupplung mit gezahnter Stirnfläche Innerhalb von 0,005 mm Allgemeines Drehen, kleine bis mittlere Drehmaschinen
Runder Schaft, Bohrstangenstil Schwalbenschwanzführung mit Rastnocken Innerhalb von 0,003 mm Innenbohr- und Tiefbohrarbeiten
Blockmontage, VDI-kompatibel Radialkupplung im Curvic-Stil Innerhalb von 0,005 mm Drehzentren auf Revolverbasis

Da die Kupplungsgeometrie selbstlokalisierend ist, berichten Bediener in der Regel, dass ein Kopfwechsel plus Überprüfungsschnitt weniger als zwei Minuten dauert, verglichen mit zehn bis fünfzehn Minuten bei einem herkömmlichen Anschraubhalter, der anschließend eine Überprüfung der Messuhr erfordert.

Achteckiger Kegel-Nullpunkt-Locator: Wie die Geometrie ihre Position behält

Wo ein Schnellwechselschaft das Werkzeugkopfproblem löst, ist ein Achteckiger Nullpunktsucher löst das Vorrichtungs- und Werkzeugblockproblem. Anstelle eines runden Kegels verwendet der Fixierstift ein achtseitiges Kegelprofil, das in eine passende achtseitige Buchse passt. Die besonders flachen Flächen erfüllen zwei Aufgaben gleichzeitig: Sie tragen radiale Lasten, ohne auf eine einzige Kontaktlinie angewiesen zu sein, und sie sperren die Rotationsausrichtung, sodass die Vorrichtung immer in der gleichen Taktposition und nicht nur in der gleichen X-Y-Z-Position landet.

Ein Zugbolzen oder Zugstangenmechanismus unter der Buchse zieht den Konus beim Einrasten nach unten und innen, sodass die achteckigen Flächen vor dem Verriegeln vollständig sitzen. Da der Mechanismus nicht drehmomentabhängig, sondern feder- oder hydraulisch betätigt ist, bleibt die Klemmkraft bei jedem Zyklus konstant, was der eigentliche Grund dafür ist, dass die Wiederholgenauigkeit über Tausende von Lade- und Entladezyklen erhalten bleibt und sich nach den ersten paar Hundert nicht verschlechtert.

Octagonal taper zero point locator front view

Verlobungssequenz

Befestigungsplatte Achteckiger Stift in den Sockel abgesenkt Konische Sitze Acht flache Gesichter Drehung ausrichten Zugdeichsel Feder oder hydraulisch Zwangsverriegelung der Steckdose Wiederholbarer Nullpunkt
Durch die Rotationssicherung durch einen Mehrflächenkegel kann eine Vorrichtung ausgetauscht und neu geladen werden, ohne dass eine anschließende Überprüfung der Messuhr erforderlich ist. Dies ist der Schritt, der bei einer Drehmaschine normalerweise die meiste Rüstzeit in Anspruch nimmt.

Zubehör für Nullpunktlokatoren: Aufbau einer kompletten Spannstation

Eine einzelne Ortungssteckdose funktioniert selten alleine. Die meisten Werkstätten bauen eine Spannstation aus einer Familie von auf Zubehör für Nullpunktsuchgeräte sodass Paletten, Schraubstöcke, weiche Backen und Unterplatten alle denselben Nullpunkt referenzieren können, unabhängig davon, welche Vorrichtung an diesem Tag geladen wird.

Zero point locator accessory components

Allgemeine Zubehörkategorien

  • Sockelsockel für Maschinentische, Unterplatten und Spanntürme
  • Zugbolzen sind so dimensioniert, dass sie zu bestimmten Befestigungsstärken passen
  • Manuelle, pneumatische und hydraulische Betätigungsblöcke
  • Steigplatten, die eine Vorrichtung über Span- und Kühlmittelansammlungen anheben
  • Reinigungswerkzeuge zum Entfernen von Spänen aus der Konusbuchse vor dem Nachladen
  • Positionssensoren, die den vollständigen Sitz bestätigen, bevor ein Zyklusstartsignal ausgegeben wird

Besondere Aufmerksamkeit verdient die Sensorkategorie bei unbeaufsichtigten oder schwach besetzten Schichten. Eine Stecknuss, die festsitzt, an deren flacher Fläche sich jedoch ein Span befindet, kann eine Vorrichtung um einen kleinen, aber echten Betrag verschieben, der ausreicht, um eine Präzisionsbohrung zu zerstören. Ein Sitzbestätigungssensor unterbricht den Zyklusstart, anstatt die Maschine mit einer falsch positiven Klemme laufen zu lassen.

Einbau dieser Systeme in eine bestehende Drehmaschinezelle

Das Nachrüsten modularer Werkzeuge auf einer Maschine, die bereits über eine definierte Werkzeugliste verfügt, ist weniger störend, als es sich anhört, da sowohl Schaft- als auch Positionierungssysteme so konzipiert sind, dass sie in Schnittstellen sitzen, die die Maschine bereits verwendet. Eine Schnellwechsel-Schaftserie ist typischerweise in VDI- und Square-Block-Footprints erhältlich, sodass sie ohne Maschinenmodifikation in vorhandene Revolvertaschen passt. Nullpunkt-Steckschlüsseleinsätze werden mit dem gleichen Schraubenmuster wie die bereits verwendete Vorrichtung an eine vorhandene Unterplatte oder einen vorhandenen Tisch geschraubt.

Wo normalerweise Kompatibilitätsfragen auftauchen

Maschinenfunktion Überlegungen zur Kompatibilität
Drehmaschine mit Stangenlader Positionierbuchsen auf der Gegenspindelseite müssen den Bewegungsweg des Zuführrohrs freihalten
HSK-Spindelwerkzeug Schaftkupplungen sind unabhängig vom Spindelkegel, sodass beide zusammen verwendet werden können
Kompakte Drehzentren wie eine Haas-Drehmaschine der ST-Serie VDI-Schaftköpfe mit niedrigem Profil reduzieren Konflikte im Revolverabstand bei kleineren Umschlägen
Gegenspindel-Transfervorgänge Nullpunktbuchsen an beiden Spindeln sorgen dafür, dass die Teileausrichtung nach der Übertragung konstant bleibt

Insbesondere bei Stangenladerlinien erhöht sich der Wert. Ein Feeder entfernt bereits die manuelle Stangenbeladung aus dem Zyklus; Durch die Kombination mit Schnellwechselwerkzeugen entfällt die zweite Hauptursache für Leerlaufzeiten, nämlich das Umrüsten zwischen Stangendurchmessern oder Teilefamilien. Der kombinierte Effekt besteht in weniger Vollstopps pro Schicht und nicht in einer großen Änderung der einzelnen Zykluszeiten.

Wahl zwischen Modularität auf Schaftebene und Vorrichtungsebene

Nicht jeder Job benötigt beide Systeme gleichzeitig. Eine nützliche Entscheidungshilfe besteht darin, sich anzusehen, was sich am Boden am häufigsten ändert: das Schneidwerkzeug selbst oder die gesamte Werkstückaufspannung.

Wählen Sie die Schaftserie, wenn

  • Die Wendeschneidplatten- und Werkzeuggeometrie ändert sich häufig innerhalb derselben Teilefamilie
  • Die Reichweite oder der Durchmesser der Bohrstange variiert je nach Auftrag
  • Die Anzahl der Revolvertaschen ist begrenzt und die Werkzeugdichte muss erhöht werden

Wählen Sie wann Nullpunktlokatoren

  • Vorrichtungen, Schraubstöcke oder weiche Backen werden zwischen unabhängigen Teilenummern ausgetauscht
  • Mehrere Maschinen müssen sich denselben Vorrichtungsbestand teilen
  • Die Zeit für die Erstmusterprüfung muss nach einem Neuladen der Vorrichtung verkürzt werden

Viele High-Mix-Werkstätten übernehmen schließlich beide, da die beiden Systeme unterschiedliche Phasen derselben Umstellung abdecken: Schäfte verkürzen den Wechsel auf Werkzeugebene, Positionierer verkürzen den Wechsel auf Vorrichtungsebene und zusammen reduzieren sie die Anzahl der manuellen Ausrichtungsprüfungen, die ein Bediener pro Schicht durchführen muss.

Wahrung der Wiederholbarkeit über die gesamte Lebensdauer des Werkzeugs

Wiederholbarkeit ist ein mechanischer Anspruch und wie jeder mechanische Anspruch verschlechtert er sich, wenn die Schnittstelle missbräuchlich oder kontaminiert wird. Ein paar Gewohnheiten wahren die Toleranzen, für die diese Systeme ausgelegt sind.

  1. Entfernen Sie Späne und Kühlmittelrückstände von den Kegelflächen und Kupplungsverzahnungen vor jedem Nachladen, nicht nur beim Schichtwechsel
  2. Überprüfen Sie Zugbolzen und Klemmschrauben nach einem festgelegten Zeitplan auf Verschleiß und nicht erst, wenn ein Problem auftritt
  3. Vermeiden Sie es, eine Vorrichtung während der Platzierung über eine Sockelfläche zu ziehen, da eine geritzte Fläche die Kontaktgeometrie dauerhaft ändert
  4. Protokollieren Sie Sitzkraft- oder Sensorbestätigungsdaten, sofern die Steuerung dies zulässt, sodass eine langsame Abweichung der Spannkraft erkannt wird, bevor sie zu einem Teileausfall führt

Werkstätten, die diese Schnittstellen als an Verbrauchsmaterialien angrenzend behandeln, was bedeutet, dass sie die gleiche routinemäßige Aufmerksamkeit erhalten wie ein Einsatz oder ein Kühlmittelfilter, tendieren dazu, die Wiederholbarkeitswerte über Jahre und nicht über Monate hinweg in der Nähe der ursprünglichen Spezifikation zu halten.

Häufig gestellte Fragen

F1: Erfordert das Hinzufügen modularer Werkzeuge eine Neuprogrammierung vorhandener CNC-Drehmaschinenprogramme?

Generell nein. Die Werte für Werkzeuglänge und Versatz werden einmalig gegen den neuen Basisschaft- oder Vorrichtungsnullpunkt eingestellt, und das Programm ruft weiterhin dieselbe Werkzeugnummer oder Arbeitsversatz auf, die es bereits verwendet hat. Die physische Schnittstelle ändert sich, nicht die Programmlogik.

F2: Wie viel Spannkraft benötigt ein Achtkantkegel-Positionierer, um seine Position unter Drehlasten zu halten?

Die Größe der Spannkraft richtet sich nach dem Gewicht der Vorrichtung, der Masse des Teils und den erwarteten Schnittkräften und nicht nach einer einzigen festen Zahl. Aus diesem Grund gibt es im gesamten Zubehörsortiment manuelle, pneumatische und hydraulische Betätigungsoptionen. Ein Zulieferer oder Werkzeugingenieur legt die Größe normalerweise auf der Grundlage der schwersten Vorrichtung und des aggressivsten Schruppdurchgangs fest, der auf dieser Station erwartet wird.

F3: Können Schnellwechsel-Werkzeugschäfte und Nullpunkt-Lokatoren gleichzeitig auf derselben Drehmaschine verwendet werden?

Ja. Sie adressieren unterschiedliche Schnittstellen an der Maschine, die Revolverseite für Schäfte und die Tisch- oder Unterplattenseite für Positionierer, sodass es keinen mechanischen Konflikt zwischen dem gleichzeitigen Betrieb beider Systeme gibt.

F4: Ist die Nachrüstung dieser Systeme störend für eine Drehmaschine, die bereits in Produktion ist?

Die Installation beschränkt sich in der Regel auf das Verschrauben eines Grundschafts in einer vorhandenen Tasche oder eines Sockels auf einer vorhandenen Unterplatte, jeweils innerhalb des ursprünglichen Montagemusters der Maschine. Ausfallzeiten ähneln eher einem normalen Werkzeugwechsel als einem Maschinenumbau.

F5: Was ist das Hauptzeichen dafür, dass ein Nullpunktsuchgerät gewartet werden muss?

Eine allmähliche Zunahme der Schwankung des ersten Teils nach einem Neuladen der Vorrichtung, auch wenn sich Programm und Offsets nicht geändert haben, ist das häufigste frühe Anzeichen und ist in der Regel eher auf Spanverschmutzung oder Verschleiß an den Kegelflächen als auf ein Steuerungs- oder Programmierproblem zurückzuführen.

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