Eine neuartige, elektroerosive integrierte Abrichttechnologie beim Schleifen mit metallgebundenen CBN- und Diamantschleifscheiben spart nicht nur massiv Nebenzeiten sondern ermöglicht Sinter-Metallbindungen mit der höchsten Präzision in der Schleifmaschine bei voller Arbeitsgeschwindigkeit abzurichten.
Alfred Mair, Leiter Schleiftechnologie bei Fischer in Herzogenbuchsee, stand vor einer Herausforderung. Das Ziel der Firma war nicht nur die Steigerung der Produktivität, auch stießen sie bei der Schleif-Bearbeitung von exotischen Materialien, wie zum Beispiel Titan und schwer zerspanbaren Hartstoffen, an Grenzen. Außerdem stellen Kunden immer höhere Ansprüche an die Qualität. Mit einer konventionellen Schleifmaschine konnte er das Problem nicht lösen. Wie weiter? Die Lösung lag näher als gedacht: nur sechzig Kilometer weiter, bei der Firma Studer in Steffisburg. Hier wird die CNC-Universal-Rundschleifmaschine S41 produziert. Extra gemacht für große Werkstücke, verfügt sie über Spitzenweiten von 1.000/1.600 Millimeter und Spitzenhöhen von 225/275 Millimeter. Mit Lineardirektantrieben bearbeitet sie Werkstücke hoch präzise bis zu einem Maximalgewicht von 250 Kilogramm. Natürlich bearbeitet die S41 kleine und mittlere Werkstücke ebenso effektiv. Doch das Herzstück für Fischer ist das vollintegrierte Wire-Dress-Abrichtsystem. „Davon versprachen wir uns metallgebundene Schleifscheiben nutzen zu können für eine mess- und reproduzierbare Höchstqualität, eine höhere Produktivität, universellere Bearbeitungsmöglichkeiten, hohe Prozesssicherheit, wie auch reduzierte Werkzeugkosten“, erklärt Mair seine Erwartungen.
Erwartungen übertroffen
Studer hat die S41 mit Wire-Dress nach weiteren Wünschen der Firma Fischer konfiguriert. So erhielt die Maschine eine spezielle Hochgeschwindigkeits-Außenschleif-Motorspindel, eine innovatives Eigenprodukt, bei welcher die axiale Ausdehnung besonders klein ist. Außerdem ist sie am hinteren Spindelende außen abgeschrägt, wodurch auch das Schleifen mit einem negativen Schwenkwinkel erstmals möglich wird. Insbesondere bei der Schulterbearbeitung mit geschwenkter Spindel. Ergänzt ist die S41 mit einem vollautomatischen Werkstück-Magazin- und Handlingsystem, welches im autarken Betrieb eine vollautomatische Serienbearbeitung der hochwertigen Präzisionsbauteile sicherstellt. Das Fazit von Alfred Mair nach solider Einführungszeit der Maschine: „Ich bin hin und weg. Drei bis fünfmal schneller als mit konventioneller Technologie, bei absoluter Reproduzierbarkeit, im Toleranzbereich von unter einem Mikrometer geschliffen! Sowas habe ich noch nie gesehen! Ich bin extrem beeindruckt.“
Das Geheimnis dahinter
Doch wie funktioniert diese Abrichttechnologie? Michael Klotz, Projektleiter Entwicklung bei der Firma Fritz Studer, erklärt dies so: „Bekannt ist, dass metallgebundene Schleifscheiben beim Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe deutlich langlebiger und formstabiler sind und letztlich eine höhere Produktivität ermöglichen. Problematisch dabei ist, dass Metallbindungen mit konventionellen Verfahren in der Schleifmaschine nur sehr eingeschränkt abrichtbar sind. Außerdem entsteht ein hoher Abrichterverschleiß verbunden mit einer geringen Schnittigkeit. Das ist für eine hohe und gleichbleibende Bearbeitungsqualität und nutzerfreundliches Abrichten somit untauglich. Das ist der Grund, warum die „beste“ Bindung – die Metallbindung – nur selten benutzt wird“. Studer hat darum, zusammen mit Technologiepartnern, die maschinenintegrierte Wire-Dress-Abrichttechnologie entwickelt. Hier erfolgt das Abrichten bei der vollen Schleifdrehzahl der Scheibe. Im Gegensatz zum herkömmlichen mechanischen oder externen EDM-Abrichten geschieht das Wire-Dress-Abrichten durch modifiziertes Draht-Erodieren in der Schleifmaschine, wobei das Schleiföl als Dielektrikum dient. Der Abrichtvorgang geht berührungs- und verschleißlos ohne mechanischen Kontakt vonstatten. Dabei wird nicht das Schleifkorn abgerichtet, sondern die metallische Bindung ab-, beziehungsweise zurückgenommen. Je nach Formschluss des Schleifkorns fällt es einfach heraus, ansonsten bleiben die Schleifkörner in voller Schärfe erhalten. Die Scheibe erhält hohen Kornfreistand für maximale Schnittigkeit, geringere Schleifkräfte und geringere Brandneigung. Man kann die Fähigkeiten der Metallbindung mit Wire-Dress nun nutzbar machen. Bei bester Formbeständigkeit der Bindung können nahezu beliebige Profile sehr präzise im Mikrometer-Bereich konturgenau abgerichtet werden. Es sind lange Abrichtintervalle erreichbar. Noch ein weiteres Plus: Nun wird auch die exakte Bearbeitung anspruchsvoller oder kleinster Geometrien machbar, das war bis dato nicht oder nur unwirtschaftlich möglich. Gegenüber der Schleifbearbeitung mit keramisch gebundenen Schleifwerkzeugen sind signifikante Produktivitäts-Steigerungen im Bereich von mindestens dreißig Prozent und mehr gegenüber Kunstharzbindungen möglich. Mit einer Sintermetallgebundenen Scheibe kann man sogar übers Limit gehen – man kann sie ja in der Maschine einfach wieder abrichten, mit galvanischen Scheiben kann man nur einmal übers Limit gehen. „Diese Limits angstfrei ausreizen – auch das ermöglicht eine höhere Wirtschaftlichkeit“, ergänzt Michael Klotz.
Mehrere Faktoren für den Erfolg
„Setzt man auf die richtige Technologie, ist auch die Prozesssicherheit gegeben. In der Vergangenheit musste man sich an solche Schleifresultate zeitaufwändig herantasten, heute ist es prozessstabil. Das hat auch den Vorteil, dass man die Kosten klarer kalkulieren kann“ erklärt Mair. Er weiß auch, dass die richtige Technologie nicht nur die Maschine umfasst. Welche Faktoren außerdem dazu beitragen, um im absoluten Bereich von weniger als einem Mikrometer reproduzierbar zu fertigen? „Eine vollklimatisierte Halle, die unter anderem auch für die thermische Stabilität unserer Spindeln sorgt, automatisches Laden, angepasstes Tooling, modernste Messtechnik, ein effizientes Kühlkonzept und natürlich gut ausgebildetes und top motiviertes Personal“, weiß Mair.
Fazit: Produktivität um bis zu siebzig Prozent gesteigert
Für Fischer hat sich die Investition in die S41 mit der Wire-Dress-Technologie gelohnt. Die Produktivität konnte bei gewissen Materialien sogar bis siebzig Prozent gesteigert werden. Mair meint dazu: „Ich bin überzeugt: Wenn sich diese Technologie in den Fachkreisen herumspricht, wird Studer mit Aufträgen eingedeckt“. Ein weiterer Pluspunkt dürfte vor allem Ingenieure und Konstrukteure interessieren: Denn es lassen sich nicht nur gerade Schleifscheiben abrichten, sondern auch sehr feine Profile, was bisher bei metallgebundenen Schleifscheiben gar nicht möglich war. Dies eröffnet Ingenieuren völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten, ja sogar ungeahnte Horizonte.