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4-achsiges Drehen mit SINUMERIK

Handfeste Produktivitätsvorteile – die haben Anwender durch das gleichzeitige Bearbeiten mit zwei Drehwerkzeugen an einem Bearbeitungsprofil. Moderne CNC-Steuerungen ermöglichen das Programmieren dieser höchst anspruchsvollen Bearbeitungsaufgabe ohne CAD/CAM-System direkt an der Maschine.

Effizientes Arbeiten mit zwei Werkzeugen

Die Voraussetzung für 4-achsiges Drehen, auch "Balance Cutting" genannt, ist eine Drehmaschine mit mindestens zwei autarken Werkzeugträgern. In der Regel handelt es sich dabei um einen Werkzeugrevolver hinter der Drehmitte und um einen zweiten vor der Drehmitte. Die Maschine muss so konstruiert sein, dass beide Werkzeugträger gleichzeitig an einem Werkstück im Eingriff sein können - einmal in der Hauptspindel und einmal in der Gegenspindel. Werden beide Werkzeugträger autark bewegt, werden auch zwei unabhängige CNC-Programme gleichzeitig ausgeführt und damit eine Mehrkanalstruktur in der CNC-Steuerung aktiviert. 4-achsiges Abspanen kann insofern als Sonderform der Mehrkanalbearbeitung betrachtet werden: das gleich-zeitige Bearbeiten mit zwei identischen Werkzeugen (zum Beispiel zwei 80-Grad-Schruppplatten) an einem Bearbeitungsprofil des Werkstücks.

Balance Cutting bietet zwei signifikante Vorteile im Vergleich zur Bearbeitung mit nur einer Schneidplatte: Zum einen wird bei der Bearbeitung langer, schlanker Bauteile durch den Ausgleich der Schnittkräfte die Maßhaltigkeit erhöht, denn der Einsatz zweier gegenüber liegender Schneidplatten eliminiert die aus der Schnittkraft resultierende Verbiegung des Werkstücks. Zum anderen wird auch das Zerspanvolumen pro Zeit erhöht. Um das zu erreichen, sind zwei Strategien möglich: die synchrone oder die versetzte Bahnführung der Werkzeuge.

Alles in einem Kanal

Bei der synchronen Bahnführung stehen sich die Schneidplatten immer exakt gegenüber. Die beiden Kreuzschlitten der Revolver führen also haargenau dieselbe Bewegung in den jeweiligen Geometrieachsen X und Z durch. Da sich die Spanungsdicke hälftig auf beide Schneiden verteilt, kann der Umdrehungsvorschub verdoppelt werden. Dadurch verdoppelt sich auch das Spanvolumen pro Zeit im Vergleich zu einer Bearbeitung mit nur einer Schneide.

Doch was passiert bei der synchronen Bahnführung in der SINUMERIK CNC? Zunächst werden die Aktivierung der Werkzeuglängenkorrekturen sowie das Anfahren an den Bearbeitungsstartpunkt autark in beiden CNC-Kanälen durchgeführt. Anschließend werden die X- und Z-Achse eines Kanals (Folgekanal) an den Führungskanal übergeben und positionssynchron mitgeschleppt. Das bedeutet, dass die für die Bearbeitung verantwortlichen CNC-Sätze nur im Führungskanal abgearbeitet werden und der Folgekanal während der Bearbeitung in Wartestellung bleibt. Die synchrone Bahnführung eignet sich für Schrupp- und Schlichtbearbeitungen gleichermaßen. Um Maßungenauigkeiten zu vermeiden, müssen die beiden Schneidplatten aber einen möglichst gleichen Werkzeugradius aufweisen, da die Werkzeugradiuskorrektur des Führungskanals auch auf den zweiten Werkzeugträger wirkt.

Eigene CNC-Verfahrsätze für jedes Werkzeug

Bei der versetzten Bahnführung führen die beiden Kreuzschlitten unterschiedliche Bewegungen aus. Im Klartext heißt das: Beim Längsdrehen arbeiten die Schneidplatten an unterschiedlichen Durchmessern und beim Plandrehen arbeiten die Schneiden an versetzten Z-Positionen. In beiden Fällen kommt es zu einer Verdoppelung der effektiven Werkzeugzustellung. Durch den Bahnversatz müssen aber die CNC-Kanäle jeweils pro Zustellung synchronisiert werden. Dabei ergeben sich kurze Wartezeiten, weshalb sich das Zerspanvolumen pro Zeit im Vergleich zur Bearbeitung mit nur einem Werkzeug nicht exakt verdoppeln lässt. Die versetzten Bewegungen der beiden Kreuzschlitten erfordern grundsätzlich autarke CNC-Programme in den beiden CNC-Kanälen. Lediglich bei den Zustellungen werden die beiden CNC-Kanäle mittels WAIT-Marken miteinander synchronisiert. Da die beiden Werkzeugschneiden mit unterschiedlichen Zustellungen arbeiten, eignet sich die versetzte Bahnführung nur für Schruppbearbeitungen.

Kanalübergreifende CNC-Programmierung

Damit solch komplexe Bearbeitungen auch ohne CAD/CAM-System direkt an der Maschine programmiert werden können, hat Siemens den bewährten und leistungsfähigen SINUMERIK Konturabspanzyklus Cycle952 erweitert: Kontur und grundsätzliche Zerspanungsparameter müssen nun lediglich im Führungskanal programmiert werden. Außerdem werden die für die jeweilige Strategie des 4-achsigen Drehens notwendigen CNC-Sequenzen vollautomatisch vom Konturabspanzyklus erstellt. Mit lediglich zwei Parametern „on top" kann die Bearbeitung mit einem Werkzeug zum hochproduktiven Balance Cutting mit zwei Werkzeugen erweitert werden.

Video 4-achsiges Drehen

Sehen Sie das Video und erfahren mehr über das 4-achsige Drehen und Balance Cutting.

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