A multi-stage fine boring tool for the highest precision
Shorter machining times and better surfaces
Tornos AG is a renowned Swiss manufacturer of machine tools that stand out for their quality and durability. In some bar turning shops today, Tornos machines are still in use that are actually older than many of the employees who operate them. This is proof of the company’s high standards of precision and quality in the manufacture of the essential key components of its machines. This is why these parts are always machined in-house. A special multi-stage fine boring tool developed by MAPAL has been proving its worth.
“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.
“We’ve been working closely with Tornos for almost 20 years on a wide range of projects,” recalls Andreas Mollet, MAPAL Area Sales Manager in Switzerland. On the one hand, this relates to the development of machining solutions for Tornos customers who wish to acquire complete technology solutions, including tools and the machining process, to go with their machine tools. On the other hand, Tornos employees always come to MAPAL when certain demanding machining tasks cannot be solved with the usual standard tools, or come with disadvantages in terms of productivity or quality. During the course of this long-standing development partnership, a solid basis of trust has grown. This is how the request for a solution proposal landed on Andreas Mollet’s desk for the task described in this report.
Specifics details of the task
“The part to be machined has six bores, each with three merging cylindrical areas with diameters of 100, 99 and 98 mm,” explains Jean-Luc Maurer. The concentricity deviation of all three bores must not exceed 10 µm, despite the considerable overall length of just under 345 mm. For this purpose, there’s a groove in the first area where an H5 diameter must be ensured. This causes an interrupted cut with corresponding effects on the deflection and the vibrational response of the fine boring tool used.
In the subsequent bore with a diameter of 99 mm, a machining tolerance of 0.05 mm is required. Finally, the requirements become almost extreme in the last area, where a tolerance of -0 to +15 µm must be maintained with a target diameter of 98 mm and several interrupted cuts as a result of annular grooves. Another requirement is a surface roughness Ra of less than 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.
„Tornos wollte von uns deshalb ein Spezialwerkzeug, mit dem sich sämtliche Aufgaben in nur einer Aufspannung erledigen lassen“, berichtet Andreas Mollet. Gewisse Bedenken gab es zunächst mit Blick auf die erforderliche Länge sowie das entsprechende Gewicht. Auch musste gewährleistet werden, dass es nicht zu Positionierungsfehlern durch eventuelle axiale Abweichungen der vorher eingesetzten Schruppwerkzeuge kam. Deshalb entschieden sich die Entwickler bei MAPAL für eine Auslegung als Stufenfeinbohrwerkzeug. Für den Einsatz auf dem Bearbeitungszentrum verfügt es über eine BT 50 FC-Schnittstelle. Für die präzise Führung selbst bei unterbrochenem Schnitt sorgen insgesamt fünf Führungsleisten aus polykristallinem Diamant (PKD) in jeder der drei Stufen. Das Werkzeug ist nach dem bewährten MAPAL Prinzip aufgebaut und weist für die drei Durchmesserbereiche jeweils eine zweischneidige, beschichtete Hartmetall-Wendeschneidplatte auf. Sie kann sowohl radial als auch von der Verjüngung her feinfühlig justiert werden. Eventuelle Abweichungen der vorgängigen Bearbeitung werden korrigiert, solange sie kleiner sind als das noch vorhandene Restaufmaß. Das ermöglicht ein kleiner Überstand der Schneiden zu den Führungsleisten. Das MAPAL Werkzeug folgt so über die gesamte Länge des Werkstücks seiner eigenen Bahn.
„Das von MAPAL entwickelte Werkzeug ist jetzt seit geraumer Zeit im Einsatz. Mit den Ergebnissen sind wir sehr zufrieden“, bilanziert Jean-Luc Maurer. Gegenüber der früheren Arbeitsweise reduziert das MAPAL Werkzeug die Bearbeitungszeit beim Feinbohren der sechs Durchgänge um 20 bis 25 Prozent, sodass die Bearbeitung auf dem Bohrwerk innerhalb einer Schicht fertiggestellt werden kann. Es werden Oberflächenrauheiten Ra von 1,0 bis 1,2 µm erreicht.
Grund für die lange Zeit auf der Maschine ist auch die bei Tornos übliche Sorgfalt: Durchmesser und Oberflächenrauheit jeder Bohrung werden noch auf der Maschine manuell kontrolliert. Abschließend kontrolliert ein Facharbeiter noch das gesamte Bauteil auf einem hochgenauen Koordinatenmessgerät mit einer Genauigkeit von 3 µm.
Positiv ist aus Sicht von Tornos auch die Verwendung von Wendeschneidplatten sowie die Lieferung eines speziellen Einstellgeräts, das ein Justieren der Schneiden in mehreren Dimensionen mit einer Auflösung von 1 µm ermöglicht. Dank der Wendeschneidplatten können jetzt mit jedem Satz Schneiden insgesamt sechs bis acht Werkstücke bearbeitet werden, und die Schneidstoffkosten sinken im Vergleich zur vorherigen Arbeitsweise signifikant.
The process developed by NILES-SIMMONS and MAPAL for the complete machining of stator housings for electric vehicle motors is ready for series production.
