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Spindeln - Hauptspindel

Bearbeitungsprozesse

Auszug aus
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz

CNC-Handbuch

02/2017, 821 Seiten, € 32,00
ISBN: 978-3-446-45173-5
Seite 245-250

Charakteristisch für Frässpindeln ist der Einsatz standardisierter Werkzeugaufnahmen. Beim Schleifen sind Werkzeugaufnahmen mit Innen- oder Aussenkegel sowie zylindrische Aufnahmen zum manuellen Spannen einer Schleifscheibenaufnahme üblich. Spindeln für Drehmaschinen zeichnen sich vor allem durch genormte Schnittstellen für Spannfutter zur Werkstückaufnahme aus.

Fräsen

Charakteristisch für Frässpindeln (Bild 1) ist der Einsatz standardisierter Werkzeugaufnahmen. Standardisierung setzt Anpassung an die Bedürfnisse voraus. Sie bietet den Herstellern von Werkzeugmaschinen bzw. Spindeleinheiten die Möglichkeit, durch den einfachen Austausch der Zange mit Halter unterschiedliche Steilkegelwerkzeuge (Kegel-/Anzugsbolzen-Norm) oder Hohlschaftkegelwerkzeuge zu spannen. Verschiedene Ausführungen von Werkzeugspannern mit oder ohne Kühlschmiermittelzuführung, mit hydraulischen oder pneumatischen Löseeinheiten können in die gleichen Werkzeugspindeln eingebaut werden. Drehdurchführungen und Löseeinheiten sind untereinander kompatibel und austauschbar.

Aufbau einer Frässpindel (Quelle: Weiss, Schweinfurt)

Grundsätzlich wird zwischen Steilkegelaufnahmen (SK, BT) und Hohlschaftkegel-(HSK)-Werkzeugaufnahmen unterschieden. Beide haben typenspezifische Eigenschaften mit Vor- und Nachteilen. Bei Werkzeugsystemen für Spindeln bis 10 000 rpm werden oft Steilkegelwerkzeuge nach DIN 69871 Teil 1 eingesetzt. (Auf Anfrage bei den entsprechenden Zulieferern sind auch höhere Drehzahlen möglich.)

5-Achs-Spindeleinheiten werden ebenso unterstützt wie Überkopfbearbeitungen. Sicheres Zerspanen ist in jedem Winkel möglich. Nachteilig ist die begrenzte Drehzahleignung. Bei hohen Drehzahlen weitet sich die Spindel durch die Zentrifugalkraft auf. Der Steilkegel kann tiefer in die Spindel eingezogen werden und sich verklemmen.

Die Beschleunigung von Bearbeitungsvorgängen im Werkzeug- und Formenbau und in der zerspanenden Industrie durch High Speed Cutting (HSC) erfordert auch Lösungen für schnellere Werkzeugwechsel. HSK-Spannsätze werden den gestiegenen Anforderungen gerecht. Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieser Schnittstelle im Vergleich zur SK-Werkzeugaufnahme ist die zusätzliche Plananlage an der Stirnseite der Welle. Durch diese Abstützung am Bund wird eine deutlich höhere Biegefestigkeit als bei vergleichbaren Steilkegelwerkzeugen erreicht. Zusätzlich ermöglicht die Plananlage eine axiale Positioniergenauigkeit im Mikrometerbereich. Formschlüssige, enge Kegeltoleranzen verhindern Rundlauffehler.

Die maximalen Drehzahlen der Spannsysteme reichen dabei von ca. 40 000 rpm bei einer HSK-A63 Werkzeugaufnahme bis hin zu 60 000 rpm bei HSK-A32 Schnittstellengrößen. Der nachteiligen Aufweitung der Spindel durch die Zentrifugalkraft und das daraus resultierende Einziehen des Werkzeugs in die Spindel wird durch die Plananlage entgegengewirkt. Zusätzlich sind die Spannelemente so angeordnet, dass diese bei höheren Fliehkräften zwar nach außen gedrückt werden, dies jedoch eine Spannkraftverstärkung bewirkt. Drehmomente werden über den Reibschluss des Kegels, sowie über zusätzliche Mitnehmersteine am Schaftende übertragen.

Mit steigenden Anforderungen an den Spindelhochlauf sind zunehmend auch die Nebenzeiten beim Werkzeugwechsel entscheidend. Für eine möglichst geringe Werkzeugwechselzeit sind leistungsfähige Löseeinheiten erforderlich. Die Löseeinheit hat die Aufgabe ein eingezogenes Werkzeug aus der Spindel zu lösen. Dazu muss im hinteren Teil der Spindel ein Lösekolben auf das Spannsystem drücken, um so gegen das Federpaket des Spannsystems wirkend das Werkzeug auszustoßen. Üblicherweise werden Löseeinheiten hydraulisch oder pneumatisch betätigt, es gibt für hydraulikfreie Maschinenkonzepte aber auch elektrisch betätigte Löseeinheiten. Alle drei Konzepte können in modernen Werkzeugspindeln zu identischen Werkzeugwechselzeiten führen.


Inhaltsverzeichnis
Auszug aus
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz

CNC-Handbuch

02/2017, 821 Seiten, € 32,00
ISBN: 978-3-446-45173-5
Seite 245-250
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