13.04.2022

Ein Stufenfeinbohrwerkzeug für höchste Präzision

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.

Ein Close-Up auf eine zu bearbeitende Bohrung zeigt die ineinander übergehenden zylindrischen Bereiche.
  • A close-up on a bore to be machined shows the cylindrical areas merging into each other.
  • The picture shows Jean-Luc Maurer (left) from Tornos SA with MAPAL Area Sales Manager Andreas Mollet.
  • The picture shows the complete multi-stage fine boring tool from MAPAL that is used at Tornos SA.
  • The multi-stage fine boring tool on a setting device with two high-precision dial gauges.
  • A close-up of one stage of the fine boring tool. The guide pads and sensitively settable indexable inserts can be seen.
  • Pictured are, from left, Charles Flück and Laurent Dreier from Tornos SA with Umut Ünlü from MAPAL.

“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.
 

Long-term innovation partnership with MAPAL

Das Bild zeigt Jean-Luc Maurer (links) von der Tornos SA mit MAPAL Gebietsverkaufsleiter Andreas Mollet.
Jean-Luc Maurer (Prozessverantwortlicher bei der Tornos AG, links) und Andreas Mollet (MAPAL Gebietsverkaufsleiter Schweiz) arbeiten schon seit vielen Jahren erfolgreich zusammen  ©MAPAL
„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.
Das Bild zeigt das komplette Stufenfeinbohrwerkzeug von MAPAL, das bei der Tornos SA zum Einsatz kommt.
Das von MAPAL für diesen Einsatz entwickelte Stufenwerkzeug weist insgesamt drei Wendeschneidplatten und 15 Führungsleisten auf  ©MAPAL
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.
The multi-stage fine boring tool on a setting device with two high-precision dial gauges.
The setting fixture enables the radial position and angle of the inserts to the direction of the longitudinal axis to be checked and set using highly accurate dial gauges  ©MAPAL

Objective: one tool for the whole job

“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.
A close-up of one stage of the fine boring tool. The guide pads and sensitively settable indexable inserts can be seen.
In the front area, the tool has two indexable inserts for the diameters 99 and 98 mm. Both inserts can be set radially and at an angle to the longitudinal axis  ©MAPAL

Very satisfied with the result

“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.
Pictured are, from left, Charles Flück and Laurent Dreier from Tornos SA with Umut Ünlü from MAPAL.
Head of Department Charles Flück and Machine Operator Laurent Dreier from Tornos (from left) with MAPAL Application Engineer Umut Ünlü next to the setting fixture specifically made for the new tool for setting the inserts  ©MAPAL

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.
 


Kathrin Rehor, PR Project Manager at MAPAL

Contact

Kathrin Rehor Public Relations Kathrin.Rehor@mapal.com Phone: +49 7361 585 3342


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