Bachelorarbeit

High Speed Cutting und der Einsatz von CAD/CAM

ausgeführt von

Michael Lastro

Wien, 2007-06-06
Ausgeführt an der Fachhochschule Technikum Wien
Studiengang BIWI6

Kurzfassung
Die Hochgeschwindigkeitszerspanung (HSZ) ist eine moderne und produktive Technologie.

Im Gegensatz zur konventionellen Bearbeitung ergeben sich hierbei höhere Produktqualitäten und individuellere Anpassungen an die Kundenwünsche.

Um eine noch höhere Produktivität zu erreichen wird die HSC Fertigung durch den Einsatz von CAD/CAM unterstützt, eine rechnerunterstützte Fertigung. Dieses System bietet viele Vorteile bei der Erstellung von CNC Programmen.

Nicht unwichtig ist der Gedanke, dass die neue Software in Zukunft auch Arbeitsplätze ersetzen wird.

Inhaltsverzeichnis

1. Problem- und Aufgabenstellung ... 3

2. Einleitung  ... 4

3. Grundlagen  ... 5
3.1. Prinzip  ... 5
3.2. Technologie  ... 5

4. Maschinen ... 7
4.1. Einführung ...  7
4.2. Aufbau  ... 7
4.3. Maschinenangebot  ... 9
4.3.1. Fidia K199  ... 9
4.3.2. Heyligenstädt Heynumill ecofelx 2000 ...  10

5. Schneidstoffe und deren Einsatz ...  11
5.1. Einführung ...  11
5.2. Hartmetalle ... 11
5.3. Cermet  ... 12
5.4. Polykristaliner Diamant  ... 12
5.5. Vor- und Nachteile  ... 12

6. Kühl- bzw. Schmiertechnologie  ... 13
6.1. Minimalmengenschmierung  ... 13
6.2. Trockenbearbeitung  ... 14

7. Anwendungsgebiete ...  15

8. Programmierung ...  16
8.1. Grundlagen  ... 16
8.2. Prinzip  ... 16

9. CAT Technologien  ... 19
9.1. CAD  ... 19
9.2. CAP  ... 20
9.3. CAM  ... 20
9.4. CAQ ...  20
9.5. Pro/NC  ... 21
9.6. Einführung  ... 21
9.7. Fallbeispiel  ... 23

10. Wirtschaftliche Betrachtung  ... 25
10.1. HSC Maschinen ...  25
10.2. Softwareeinsatz  ... 26

11. Schlussfolgerung und Ausblick ...  27

12. Abbildungsverzeichnis ...  28

13. Abkürzungsverzeichnis ...  29

14. Glossar  ... 30

15. Literaturverzeichnis  ... 31

1. Problem- und Aufgabenstellung

Grundlagen zur aktuellen Technologie von High Speed Cutting und dem Einsatz von CAD/CAM sollen hierbei erarbeitet werden. Dabei soll es Grundlegend um die Unterschiede zwischen dem konventionellen Bearbeitungsverfahren Fräsen und dem Verfahren der Hochgeschwindigkeitszerspanung gehen. Neue Dinge die beim HSC auftreten in den Bereichen der Grundlagen, der Maschinen, der Werkzeuge und der Kühl- und Schmiertechnologie. Ebenso sollen die Möglichkeiten des CAD/CAM Einsatzes erläutert werden und anhand eines Simulationsbeispieles der Weg einer CNC Programmerstellung erläutert werden.

2. Einleitung

High Speed Cutting (Hochgeschwindigkeitszerspanung) ist im Gegensatz zur konventionellen Bearbeitung wirtschaftlicher, anpassungsfähiger an die Kundenwünsche und bietet mehr Einsatzmöglichkeiten. Die Arbeit beschreibt hierbei das Zerspanungsverfahren Fräsen. Andere HSC Verfahren wären zum Beispiel noch Schleifen und Drehen. CAD/CAM ist möglicherweise in naher Zukunft bei der HSC Bearbeitung, nicht mehr wegzudenken.

Der geschichtliche Hintergrund sieht wie folgt aus:

Steigt eine Schnitttemperatur parabolisch an, wie auch die Schnittgeschwindigkeit und wird der Scheitelpunkt erreicht so fällt die Temperatur. Diese Erkenntnis ermöglichte Salomon 1931 eine Patentanmeldung zu diesem Phänomen. In der Praxis bedeutet dies, dass Stahl bei einer Schnittgeschwindigkeit ab 45.000 m/min mit gewöhnlichen Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl ohne Schädigung der Schneiden zu spanen. Bewiesen (durch Experimente) wurde dies jedoch erst in den 50er Jahren, in den USA. Durch Experimente in der Art und Weise ist man auf Ergebnisse wie diese gekommen: HSS Werkzeuge haben hohe Belastungen überstanden, die Oberflächenqualität war sehr gut, der Werkzeugverschleiß war gering und das Zeitspanvolumina fiel sehr gut aus. Die eingesetzten Geschwindigkeiten bei Hochgeschwindigkeitszerspanung liegen bei Aluminium um 5000 m/min, bei Stahl um 2000 m/min oder bei Kunststoff um 8000 [m/min]. Erstmalig wurde HSC in der Luftfahrtindustrie angewandt, zum Beispiel zur Erstellung von Spanten.

3. Grundlagen

3.1. Prinzip

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bzw. High-Speed-Cutting (HSC) ist ein Zerspanungsverfahren, bei dem die Schnittgeschwindigkeit, aber auch der Vorschub um ein Vielfaches höher ist als bei konventioneller Zerspanung.

Die Zerspanungskräfte reduzieren sich um bis zu 30%. Höhere Werkzeugstandzeiten und Vorteile bei der Bearbeitung komplizierter Bauteile, sind Motivation für den Einsatz der HSC-Technologie. Umweltrelevante Vorteile ergeben sich durch höhere erzielbare Oberflächenqualitäten, wodurch nachfolgende Bearbeitungsgänge oft entfallen können.

Nicht unwichtig ist der Begriff Hochleistungszerspanung (High Performance Cutting). Dabei geht es um eine Optimierung des Zeitspanvolumens bzw. um die Hauptzeit zu reduzieren. Das schließt auch mit ein, dass bei hohen Vorschubwerten niedrigere Schnittgeschwindigkeiten gefahren werden. Eine Verkürzung der Nebenzeit erreicht man durch Positionier- und Eilgangsgeschwindigkeiten sowie eine Verringerung der Werkzeugwechselzeiten. Eingesetzt wird die HPC Technologie Im Form- und Werkzeugbau beim Schruppen. Bei der HPC Technologie ist keine Minimalmengenschmierung erforderlich, da die Wärme über den Span abgeführt wird. Bedeutet, dass hierbei eine Trockenbearbeitung angewendet wird. Als Werkzeuge werden Hartmetallwerkzeuge verwendet. Ebenso werden Werkzeuge aus Cermet und kubischem Bornitrid verwendet. Eine Gegenüberstellung zeigt grobe Unterschiede in den Verfahren.

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