Entgraten von Kreuzbohrungen

Innovation Entgraten: ConmatiX forscht und entwickelt

In Kooperation mit dem Institut PTW an der TU Darmstadt, dem Werkzeughersteller UC-Tools und dem Werkzeugmaschinenhersteller Heller entwickeln wir ein neuartiges Entgratwerkzeug für Kreuzbohrungen, bei dem erstmals die bekannte Lage des Grats im Raum genutzt wird. Der Beitrag der ConmatiX bezieht sich hierbei auf die Entwicklung eines CAM-Moduls für NX CAM von Siemens PLM Software, mit dem durch wenige Klicks, die für die Entgratung erforderlichen Bahnkurven generiert werden können.

Bohrung entgratet

Kreuzbohrung. V.l.n.r. mit Grat, durch unser Werkzeug entgratet. (Aufnahme mit Zoomobjektiv des ZEISS O-INSPECT Koordinatenmessgeräts)

Entgraten früher: Für das Entgraten von Kreuzbohrungen existieren verschiedene Werkzeuge, welche auf einer rotatorischen Hauptbewegung basieren und auf eine gerade Schneidengeometrie setzen. Diese Konzepte entfernen den Grat nur unzureichend und bringen zudem nur eine ungleichmäßige Fasenbreite über den Umfang der Bohrungsverschneidung an.

Entgraten von morgen: Am PTW der TU Darmstadt wurde in der Gruppe Zerspanungstechnologie ein neuartiges Entgratwerkzeug für Kreuzbohrungen entwickelt, bei dem erstmals die bekannte Lage des Grats im Raum genutzt und die Schneidengeometrie auf die Verschneidungssituation angepasst wird. Die komplexe Schneidengeometrie des Entgratwerkzeugs wird von der Firma UC-Tools gefertigt und das Werkzeug konnte bereits erfolgreich auf Bearbeitungszentren der Firma Heller eingesetzt werden.

Bei der Entwicklung des Werkzeuges stellten und erfüllen wir folgende Leistungsanforderungen:

Smart. Ausnutzen der bekannten Lageinformation des Grates.

Akkurat.  Gleichmäßige Fasenbreite durch angepasste Schneidengeometrie.

Schnell. Entgraten mit einer Umdrehung.

Prozesssicher. Schabprozess mit translatorischer Hauptbewegung.

Automatisiert. CAM-gestützte, automatisch errechnete Werkzeugwege.

Entgraten mit NX CAM

Das Entwicklungskonzept der Lösung NX von Siemens PLM Software zeigte sich am geeignetsten für die Entwicklung eines leicht zu bedienenden Moduls im Sinne der Durchgängigkeit in Fertigung und Konstruktion. Das Entgratwerkzeug ist deshalb ausschließlich für die Programmierung aus  NX CAM von Siemens PLM Software vorgesehen. Hieraus resultieren folgende Vorteile für den CAM-Anwender:

NX Entgratungstool 2 NX Entgratungstool 1 NX Entgratungstool 3

Entgratungstool Video


Demonstration des Werkzeugs (Video der PTW)

Sehen Sie sich hier das Entgraten-Demonstrationsvideo an, welches wir auf der AMB Stuttgart gezeigt haben.

Video herunterladen (45 MB) >>

Entgraten in NX CAM Video


Demonstration des NX CAM Entgratmoduls (Video der ConmatiX)

Bekommen Sie einen Einblick, wie man mit weniger als 5 Klicks in NX CAM eine Entgratoperation vorbereitet. 

Video herunterladen (11 MB) >>

Leistungsdaten des Entgratwerkzeugs

Das Werkzeug befindet sich in einer frühen Betaphase. Entsprechend dieser Entwicklungsphase können wir noch keinen genaueren Fragen zu Verwendungsmöglichkeiten und Leistungsgrenzen beantworten. Unseren derzeitigen Forschungsstand möchten wir jedoch gern mit Ihnen teilen.

Experteninterview mit Dipl.Ing. Sebastian Güth (PTW Darmstadt)

Entgratungstool in Aktion

Entgratvorgang an einem Acrylglasdemonstrator

Für welche Materialien ist das Entgratwerkzeug geeignet?

Der Prototyp wurde bisher erfolgreich an Metallen wie 42CrMo4V und AlSi2Cu3 getestet. Das Entgraten von Kunststoffen ist noch nicht getestet, aber denkbar. Zu schwer spanbaren Werkstoffen wie Titan, Inconel (Nickelbasislegierungen) kann noch keine Aussage getroffen werden, da wir hierfür die Standzeiten des Werkzeuges bisher noch nicht untersucht haben. Zur Optimierung der Schneidgeometrie bspw. des Keilwinkels werden weitere Untersuchungen durchgeführt. 

Welche Bohrungsdurchmesser können entgratet werden?

Der kleinste bislang gefertigte Werkzeugdurchmesser beträgt 5 mm. Dieses Werkzeug entgratet eine Kreuzbohrung mit einer Querbohrung von 6mm und einer Vorbohrung von 10mm. Abweichungen von dieser Kreuzbohrung, auf welche das Werkzeug ideal abgestimmt ist, sind in gewissen Grenzen möglich, wobei diese Grenzen ebenfalls noch untersucht werden müssen. Wird das Verhältnis von Querbohrung zu Vorbohrung bei gleichbleibendem Achsversatz nicht verändert, können die Bohrungen mit einem einzigen Werkzeug entgratet werden. 

Wie verhält sich das Werkzeug bei Bohrungen mit gedrehter oder nicht mittiger Achse?

Die Leistungsgrenzen des Werkzeugs prüfen wir im nächsten Schritt, sobald unsere Forschungen im Bereich der Werkstoffe, Werkzeuggeometrie und Standzeiten beendet sind. Hierzu gehören Achsversätze, also ein Versatz der Querbohrung (kleinere Bohrung) quer zur Vorbohrung, also im Grunde nicht mittig eingebrachte Bohrungen. Auch Drehungen der Achsen  werden erforscht. Hier prüfen wir zum einen eine Drehung der Vorbohrung um die Querbohrungsachse (z-Achse - relevant bei Achsversatz) und eine Drehung zwischen der Querbohrungsachse und der Vorbohrungsachse, sodass diese nicht mehr im rechten Winkel zueinander sind. 

Welche Maschine wird für das Werkzeug benötigt?

Im Grunde genügt eine klassische 3-Achsen Maschine. Wir empfehlen aber eine Maschine, die einen Werkzeugwechsler besitzt, da diese in der Regel eine indexierbare Spindel enthält. Das bedeutet, dass die Spindel ausrichtet und auf definierte Positionen gedreht werden kann. 

Forschungsupdates

September 2015: Tests zum Entgraten von tiefliegenden Bohrungsverschneidungen und Werkzeugstandzeit

Bei tief im Bauteil liegenden Kreuzbohrungen wird es notwendig, zur Entgratung eine 4-Achs-Simultanbearbeitung zu verwenden. Zur vollständigen Entfernung des Grats erfolgt eine Ausgleichsdrehung unter Verwendung der Spindelindexierung. Die Güte der Entgratung zeigte sich in den Tests als unabhängig von verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten und der Anzahl von Stützstellen. Bzgl. der Standzeit wurde nach über 100 Tests keine nennenswerten Verschlechterung des Entgratergebnisses beobachtet. Umfangreichere Tests zur Standzeit sind in der Vorserie geplant. 

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