Verkürzte Bearbeitungszeiten und bessere Oberflächen
Die Tornos AG ist ein renommierter Schweizer Hersteller von Werkzeugmaschinen, die sich durch Qualität und Langlebigkeit auszeichnen. In manchen Automatendrehereien sind heute noch Tornos-Anlagen im Einsatz, die älter sind als viele der Mitarbeiter, die sie bedienen. Ein Beleg für die hohen Anforderungen der Firma an Präzision und Qualität bei der Herstellung der wesentlichen Schlüsselkomponenten ihrer Anlagen. Diese Bauteile werden deshalb grundsätzlich im eigenen Hause bearbeitet. Dabei bewährt sich ein spezielles, von MAPAL entwickeltes Stufenfeinbohrwerkzeug.
“For certain key components of our products, the precision requirements are so high that we generally only carry out their machining ourselves,” says Jean-Luc Maurer, Process Manager at Tornos SA in Moutier (Switzerland). The traditional company is a manufacturer of several technologies for the highly productive manufacturing of parts in large series. The machines must meet the highest expectations in terms of productivity, product quality and durability. The machining and control of the key components manufactured in the parent company are also carried out with the same level of care.
This also applies to a family of parts made of spheroidal graphite cast iron 40, into each of which a series of cylindrical bores must be made with extremely strict specifications regarding dimensional accuracy, concentricity and surface quality. The operations are carried out on a high-precision machining centre in compliance with exceptionally precise regulations, also with regard to the thermal conditions of the part, machine and measuring room. The correspondingly long machine occupancy times of ten hours or more resulted in high costs. For this reason, those responsible looked for ways to reduce the machining times by using a special tool.
„Mit Tornos arbeiten wir schon seit fast 20 Jahren bei verschiedensten Projekten eng zusammen“, erinnert sich Andreas Mollet, MAPAL Gebietsverkaufsleiter in der Schweiz. Das betrifft einerseits die Entwicklung von Bearbeitungslösungen für Kunden von Tornos, die zu ihren Werkzeugmaschinen auch komplette Technologielösungen einschließlich Werkzeugen und dem Bearbeitungsprozess erwerben möchten. Auf der anderen Seite kommen die Tornos-Mitarbeiter immer dann auf MAPAL zu, wenn sich bestimmte anspruchsvolle Bearbeitungsaufgaben mit den üblichen Standardwerkzeugen nicht oder nur mit Nachteilen bezüglich Produktivität oder Qualität lösen lassen. Im Laufe dieser langjährigen Entwicklungspartnerschaft ist eine solide Vertrauensbasis gewachsen. Deshalb landete auch bei der in diesem Bericht beschriebenen Aufgabenstellung die Anfrage nach einem Lösungsvorschlag auf dem Schreibtisch von Andreas Mollet.
Besonderheiten der Aufgabenstellung
„Das zu bearbeitende Teil weist sechs Bohrungen auf, die jeweils drei ineinander übergehende zylindrische Bereiche mit Durchmessern von 100, 99 und 98 mm aufweisen“, erläutert Jean-Luc Maurer. Die Konzentrizitätsabweichung aller drei Bohrungen darf ungeachtet der beachtlichen Gesamtlänge von knapp 345 mm nicht mehr als 10 µm betragen. Dazu findet sich im ersten Bereich, in dem ein H5-Durchmesser gewährleistet werden muss, eine Nut. Das bedingt einen unterbrochenen Schnitt mit entsprechenden Auswirkungen auf die Auslenkung und die Schwingungsanregung des eingesetztes Feinbohrwerkzeugs.
In der daran anschließenden Bohrung mit Durchmesser 99 mm ist eine Bearbeitungstoleranz von 0,05 mm gefordert. Geradezu extrem werden die Anforderungen schließlich im letzten Bereich, wo bei einem Solldurchmesser von 98 mm und mehreren Schnittunterbrechungen durch Ringnuten eine Toleranz von -0 bis +15 µm einzuhalten ist. Weitere Vorgabe ist eine Oberflächenrauheit Ra von weniger als 1,2 µm.
Einzelwerkzeuge bedingten Zeitverluste und Qualitätsrisiken
„Früher wurden die abschließenden Bearbeitungsgänge mit drei verschiedenen Ausdrehwerkzeugen durchgeführt“, weiß Andreas Mollet. Dies bedingte Zeitverluste nicht nur durch die Werkzeugwechsel, sondern auch aufgrund der Tatsache, dass nach jedem Arbeitsgang Durchmesser und Oberflächenrauheit in der Bohrung kontrolliert werden mussten. Zusätzlich entstanden beim Wechseln minimale Abweichungen bei der Positionierung in der Maschine. Bei der Länge der Werkzeuge und den außerordentlich engen Toleranzvorgaben verursachte dies zusätzliche Ausschussrisiken. Angesichts der hohen Wertigkeit des bereits weitgehend bearbeiteten Bauteils ein hohes Kostenrisiko für die Tornos AG.
“This is why Tornos wanted us to develop a special tool with which all tasks could be completed in just one clamping setup,” reports Andreas Mollet. Initially, there were some concerns about the required length and the corresponding weight. It was also necessary to ensure that there were no positioning errors due to possible axial deviations of the roughing tools used previously. The developers at MAPAL therefore decided on a design as a fine boring multi-stage tool. It has a BT 50 FC interface for use on the machining centre. A total of five guide pads made of polycrystalline diamond (PCD) in each of the three stages ensure precise guidance even with interrupted cutting. The tool is designed according to the proven MAPAL principle and has a coated carbide indexable insert with two cutting edges for each of the three diameter ranges. It can be finely adjusted both radially and from the back taper. Any deviations from the previous machining will be corrected as long as they are smaller than the remaining allowance. This is made possible by a small protrusion of the cutting edges to the guide pads. This is how the MAPAL tool follows its own path over the entire length of the workpiece.
“The tool developed by MAPAL has now been in use for quite some time. We’re very satisfied with the results,” Jean-Luc Maurer sums up. Compared to the previous way of working, the MAPAL tool reduces the machining time for fine boring of the six passes by 20 to 25 percent, so that machining can be completed on the boring mill over a single shift. A surface roughness Ra of 1.0 to 1.2 µm is achieved.
The extra care that Tornos takes to ensure top quality is also a reason why working on the machine takes a long time: the diameter and surface roughness of each bore are checked manually on the machine. Finally, a skilled worker checks the entire part on a high-precision coordinate measuring machine with an accuracy of 3 µm.
From Tornos’ perspective, the use of indexable inserts is also positive, as is MAPAL’s supply of a special setting fixture that enables the cutting edges to be adjusted in several dimensions with a resolution of 1 µm. Thanks to the indexable inserts, a total of six to eight workpieces can now be machined with each set of inserts; and cutting material costs are significantly reduced compared to the previous way of working.
At the automotive supplier Schabmüller, MAPAL has already been responsible for tool management. Now, the tool manufacturer from Aalen has also taken over the CAD/CAM programming of the components, including simulation.
