Angetriebene Werkzeuge vs. Sekundärfräsen auf Schweizer Drehmaschinen

Angetriebene Werkzeuge vs. Sekundärfräsen auf Schweizer Drehmaschinen: Optimierung des CNC-Präzisionsdrehens

PFT, Shenzhen

Zusammenfassung: Schweizer Drehmaschinen erzielen komplexe Teilegeometrien entweder durch angetriebene Werkzeuge (integrierte rotierende Werkzeuge) oder durch Nachfräsen (Fräsoperationen nach dem Drehen). Diese Analyse vergleicht Zykluszeiten, Genauigkeit und Betriebskosten beider Methoden anhand kontrollierter Bearbeitungsversuche. Die Ergebnisse zeigen, dass angetriebene Werkzeuge die durchschnittliche Zykluszeit um 27 % verkürzen und die Positionstoleranz bei Merkmalen wie Querbohrungen und Flächen um 15 % verbessern, obwohl die anfänglichen Werkzeuginvestitionen 40 % höher sind. Nachfräsen weist niedrigere Kosten pro Teil bei Stückzahlen unter 500 Stück auf. Die Studie schließt mit Auswahlkriterien basierend auf Teilekomplexität, Losgröße und Toleranzanforderungen.

1 Einleitung

Schweizer Drehmaschinen dominieren die hochpräzise Kleinteilefertigung. Eine kritische Entscheidung ist die Wahl zwischenangetriebene Werkzeuge(Fräsen/Bohren auf der Maschine) undSekundärfräsen(dedizierte Nachbearbeitungsvorgänge). Branchendaten zeigen, dass 68 % der Hersteller der Reduzierung von Rüstzeiten für komplexe Komponenten Priorität einräumen (Smith,J. Manuf. Sci., 2023). Diese Analyse quantifiziert Leistungskompromisse anhand empirischer Bearbeitungsdaten.

2 Methodik

2.1 Testdesign

• Werkstücke: Wellen aus Edelstahl 316L (Ø 8 mm x 40 mm) mit 2 Querlöchern Ø 2 mm + 1 Flachloch 3 mm.

• Maschinen:

  • Angetriebene Werkzeuge:Tsugami SS327 (Y-Achse)

  • Sekundärmahlen:Hardinge Conquest ST + HA5C Indexer

• Erfasste Kennzahlen: Zykluszeit (Sekunden), Oberflächenrauheit (Ra µm), Lochpositionstoleranz (±mm).

2.2 Datenerhebung

Drei Chargen (n=150 Teile pro Methode) wurden verarbeitet. Mitutoyo CMM maß kritische Merkmale. Die Kostenanalyse umfasste Werkzeugverschleiß, Arbeitsaufwand und Maschinenabschreibung.

3 Ergebnisse

3.1 Leistungsvergleich

*Abbildung 1: Angetriebene Werkzeuge verkürzen die Zykluszeit, erhöhen aber die Werkzeugkosten pro Teil.*

3.2 Kosten-Nutzen-Analyse

• Break-Even-Punkt: Live-Werkzeuge werden ab ca. 550 Einheiten kosteneffizient (Abbildung 2).

• Auswirkungen auf die Genauigkeit: Durch die Live-Werkzeugbestückung werden Fehler beim erneuten Einspannen vermieden und die Cpk-Variation um 22 % reduziert.

4 Diskussion

Verkürzung der Zykluszeit: Die integrierten Funktionen der angetriebenen Werkzeuge vermeiden Verzögerungen bei der Teilehandhabung. Leistungseinschränkungen der Spindeln schränken jedoch das Fräsen schwerer Werkstücke ein.
Kostenbeschränkungen: Die niedrigeren Werkzeugkosten des Sekundärfräsens eignen sich für Prototypen, erfordern jedoch einen höheren Bearbeitungsaufwand.
Praktische Auswirkungen: Für medizinische/Luftfahrtkomponenten mit Toleranzen von ±0,015 mm sind angetriebene Werkzeuge trotz höherer Anfangsinvestition optimal.

5 Fazit

Angetriebene Werkzeuge auf Schweizer Drehmaschinen ermöglichen höchste Geschwindigkeit und Genauigkeit bei komplexen Teilen mittlerer bis hoher Stückzahlen (> 500 Stück). Sekundärfräsen ist für einfachere Geometrien oder kleine Losgrößen weiterhin möglich. Zukünftige Forschung sollte die dynamische Werkzeugwegoptimierung für angetriebene Werkzeuge untersuchen.