Für kurze Bearbeitungszeiten – Wirbeln statt Schleifen

Das Fertigungsverfahren des Wirbelns ist ein besonderes. Kombiniert es doch eine Dreh- mit einer Fräsoperation. Das heißt, nicht nur das Werkzeug dreht sich, sondern zusätzlich rotiert das Werkstück. Aus diesem Grund sind spezielle Maschinen nötig, um zu „wirbeln“. Es stellt sich die Frage, warum Unternehmen auf ein solches Fertigungsverfahren setzen sollten, wenn damit doch die Investition in eine neue Maschine einhergeht. Die Antwort gibt Michael Gebhard, Produktmanagement Hartbearbeitung: „Zwar ist das Schleifen ein bewährtes Verfahren, das Wirbeln allerdings um ein Vielfaches schneller.“ In Zahlen ausgedrückt: „Um das Gewinde einer Zahnstange für eine Lenkung herzustellen, dauert der Schleifprozess über sieben Minuten. Mit Wirbeln wird es in 60 Sekunden fertigbearbeitet“, berichtet er von einem konkreten Anwendungsfall. Bei hohen Stückzahlen an Bauteilen mit Kugelrollgewinden hat sich die Anschaffung einer entsprechenden Maschine für das zerspanende Unternehmen folglich schnell amortisiert.

Als ein Kunde von MAPAL dieses Verfahren einführte, entwickelten die Werkzeugexperten für ihn das entsprechende Werkzeugsystem. Denn beim Außenwirbeln von Kugelrollgewinden im Bereich der Hartbearbeitung werden ähnliche Anforderungen an das Werkzeug gestellt, wie beim Kugelbahnfräsen von homokinetischen Gelenken. „Wir sind seit Jahren einer der führenden Anbieter im Bereich des Kugelbahnfräsens und haben unsere Erfahrung auf das Wirbeln übertragen“, sagt Michael Gebhard. So müssen Zerspaner bei Kugelrollgewinden wie bei Kugelbahnen die Kontur, der Kontaktwinkel und den Schmiegeradius beachten und die Toleranzen prozesssicher einhalten. 

Das von MAPAL entwickelte Werkzeugsystem in Ringform ist mit PcBN-Profilschneidplatten und einer PcBN-Schneidplatte, die die Fasen erzeugt, bestückt. Je nach Durchmesser kommen unterschiedlich viele Profilplatten zum Einsatz. Zwar kann auf den Profilplatten auch die Fasbearbeitung integriert werden, dies würde allerdings aufgrund der deutlich komplexeren Form das Nachschleifen ungleich schwieriger machen. Um den Schneidstoff PcBN bestmöglich auszunutzen, können die Zerspaner die Schneidplatten mehrfach nachschleifen lassen.

Ein speziell entwickeltes System spannt die nach innen gerichteten Schneidplatten. „Wir haben die Spannung an die unseres Systems VersaCut angelehnt, das sich beim Hartstechen mit PcBN bewährt hat“, erläutert Gebhard. Eine Spannpratze drückt die Schneide über Schrägen in den Plattensitz und klemmt sie so optimal. Die Schneiden sind direkt auf der Grundplatte des Werkzeuges platziert und nicht in einer zusätzlichen Kassette. Dadurch entfällt eine Schnittstelle. Das wirkt sich positiv auf den Planlauf aus.

Axial können Anwender die Schneidplatten µm-genau einstellen. „Mit unserem System erzielen wir beste Ergebnisse bei der Bearbeitung“, freut sich Michael Gebhard, „allerdings haben wir hinsichtlich der Kühlung Verbesserungspotenzial festgestellt“. 

Whirling is an air-cooled process. The whirling machines are fitted with two coolant tubes that have to be adjusted to suit each machining operation. “The problem with that is that the tube is easy to move. That means that it occasionally also happens by accident,” says Gebhard. If the air supply tubes move, the chips are not reliably removed during machining, which in a worstcase scenario can result in the cutting edges breaking, but certainly means a much shorter tool life.

MAPAL has developed special air nozzles to prevent this from happening. These can quickly and easily be attached to the machine directly behind the tool system. The nozzles are adjusted to the diameter to be machined. The compressed air is directed through the nozzles and split across several ducts. MAPAL has designed the ducts to ensure that the air is aimed at exactly the right places. This has been made possible by additive manufacturing. “With this, we can ensure an optimized air supply and thus chip removal,” says Gebhard, “which means that we can offer our customers a complete package to whirl ball castors quickly and reliably.”