Einsatz geometrieadaptiver Fräswerkzeuge für das simultan 5-Achs-Hochgeschwindigkeitsfräsen (GammaHSC)

Problemstellung
Sämtliche Funktions- und Strukturbauteile der Automobil-, Konsumgüter-, Luft- und Raumfahrtindustrie, Energie-, Medizintechnik und des Anlagen,- Maschinen,- Werkzeug- und Formenbaus weisen komplexe Freiform- und Regelflächen auf. Die Mehrachsfräsbearbeitung gilt meist als Schlüsseltechnologie für die flexible und zeitkritische Herstellung dieser Bauteile. Zur technologischen und wirtschaftlichen Differenzierung gegenüber dem Wettbewerb sind besonders beim Fräsen radikal neuartige Ansätze zur Prozess- und Werkzeugtechnologie erforderlich. Die reine -Beherrschung- des Mehrachsfräsens von komplexen Bauteilgeometrien mit konventionellen Werkzeugen wie Kugelkopf-, Schaft- und Torusfräsern reicht heute nicht mehr aus. Vielmehr müssen durch den Einsatz völlig neuartiger Werkzeugtechnologien und einer entsprechend an die individuellen Anforderungen der mannigfaltigen industriellen Anwendungen angepassten Prozesstechnologie deutliche Steigerung der Produkt-, Prozessqualität und Prozesseffizienz erzielt werden. In den adressierten Branchen hat der Einsatz Geometrie-adaptiver Tonnenfräswerkzeuge einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz in der Produktion und die strategisch entscheidende „Time-to-Market“. Die neuartige Werkzeugtechnologie ermöglicht es Fräswerkzeugherstellern ihr Produkt- und Leistungsportfolio strategisch vorausschauend zu erweitern. Darüber hinaus werden nun potenzielle Anwender der neuartigen Werkzeugtechnologie in die Lage versetzt die Bauteiloberflächeneigenschaften bei gleichzeitig radikal reduzierten Fertigungszeiten deutlich zu erhöhen. Eine breite Marktdurchdringung und ein technologisches Alleinstellungsmerkmal jener Unternehmen kann hierdurch gesteigert und nachhaltig gesichert werden.

Projektziel
Ziel war Projekts ist es, notwendige prozesstechnologische Voraussetzungen für den effektiven Einsatz Geometrie-adaptiver Tonnenfräswerkzeuge zu schaffen. Die Kerninnovation liegt in einem Technologiepaket, bestehend aus einem neuartigen Werkzeugdesign und einer schlüsselfertigen Prozesstechnologie in Kombination mit der Implementierung notwendiger Bearbeitungsstrategien in einer kommerziellen Programmiersoftware (CAM) zur prozesssicheren Beherrschung der neuartigen Werkzeugtechnologie. Die erzielten Entwicklungen schaffen eine wirtschaftliche Basis für die komplexen Freiform- und Regelflächen auf Basis des simultanen 5-achsigen Hochgeschwindigkeitsfräsens mittels des Einsatzes des neuartigen Parabelfräsers. Reduzierte Fertigungskosten und -zeiten gewährleisten in diesem weit verbreiteten Anwendungsfeld im Werkzeugbau nachhaltig strategische Wettbewerbsvorteile für Endanwender.

Vorgehensweise
Der neue Ansatz basiert auf einer innovativen, Geometrie-angepassten Werkzeugtechnologie für das simultan 5-Achs-Hochgeschwindigkeitsfräsen. Dieser erlaubt eine effizientere Erzeugung komplexer Freiformflächen und Regelgeometrien von höchstbelasteten Funktions- und Strukturbauteilen. Dabei wurden die lokalen Bauteilgeometriemerkmale die Werkzeuggeometrie im Kopf- und Umfangsbereich adaptiv abgebildet. Im weiteren Verlauf der Entwicklungen wurden geeignete Bearbeitungsstrategien zum ganzheitlichen Einsatz der neuartigen Fräswerkzeuge in kommerziellen CAM-Systemen implementiert. Dies ermöglicht Endanwendern der Werkzeugtechnologie angepasste Werkzeugbahnen zu erzeugen und dadurch ressourceneffizient die Bearbeitungszeiten, die Anzahl der Bearbeitungsoperationen und die notwendigen Werkzeugvarianten drastisch zu reduzieren. Die Erprobung und Verifikation erfolgte an repräsentativen Bauteilen der adressierten Branchen. Hierzu wurde die neuentwickelte Werkzeugtechnologie an komplexen Formeinsätzen für die Urformung mit Hinblick auf eine Unikatfertigung appliziert. Weiterhin wurde die neuartige Werkzeugtechnologie an Funktionsbauteilen für den Motorsport erprobt um zusätzliche Skaleneffekte in der Herstellung von mittleren und großen Serien zu ermitteln.

Ergebnis:
Es wurden adaptive Tonnenfräswerkzeuge für den Werkzeugbau erforscht, entwickelt und erprobt. die neuen Werkzeuge besitzen das Potenzial, die Flächenzerspanleistung bei höherer Oberflächenqualität deutlich zu steigern. Dabei werden die Merkmale der Bauteilgeometrie bereits in die Geometrie von Kopf und Umfang des so genannten Tonnenfräswerkzeugs integriert: Passende Bearbeitungsstrategien, implementiert in kommerzielle CAM-Systeme, sollen sicherstellen, dass die gewünschte Werkzeugbahn effizient und fehlerfrei abgefahren wird. Die Endanwender der Technologie profitieren von kürzeren Bearbeitungszeiten.

• CP Tech GmbH - Applied Technology
• Klaucke & Meigies Formenbau GmbH
• Zecha Hartmetallwerkzeugfabrikation GmbH