BrushtoCut

Maschinenintegriertes 5-Achs-Bürsten zur adaptiven Fertigung von Hochleistungswerkzeugen

Projektlaufzeit: 1.6.2018 bis 31.5.2020

Hochleistungswerkzeuge sind geometrisch komplexe, hochbeanspruchte Bauteile aus Hartmetall. Die zeit- und ressourcenschonende Herstellung solcher komplexen Bauteile ist ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor für die Werkzeughersteller. Die Fertigung der asymmetrischen Schneidkanten ist eine der größten Herausforderungen bei der Werkzeugfertigung: Die eingesetzten Zerspanwerkzeuge werden stark beansprucht und haben deshalb nur eine kurze Standzeit. Darüber hinaus sind die gängigen Methoden nur bedingt für die Herstellung asymmetrischer Schneidkantengeometrien geeignet, wie sie beispielsweise im Werkzeugbau zu finden sind.

Eine effiziente Herstellung von Schneidkanten hat viele Vorzüge: Denn wenn Schneidkantengeometrien bereits für den geplanten Prozess ausgelegt sind, lässt sich die Standzeit der Zerspanwerkzeuge bis zu 300 Prozent verlängern; die Fertigungskosten und die Dauer der Fertigungsprozesse lassen sich deutlich reduzieren. Ein weiterer Vorteil: Wertvolle Ressourcen wie Hartmetall, Kühlmittel und Energie werden geschont.

5-Achs-Bürsten zur Herstellung komplexer Schneidkanten

Wird das Verfahren des Bürstens direkt in der Schleifmaschine durchgeführt, lassen sich selbst komplexe Schneidkanten schneller, flexibler und kostengünstiger als bisher herstellen. Eine industrielle Umsetzung ist jedoch bisher aufgrund der fehlenden Prozessstrategien und der komplexen, manuellen Programmierung des Bürstprozesses noch nicht erfolgt. Diese Lücke schließen das Fraunhofer IPT und seine Partner mit dem Projekt »BrushtoCut«.

Das Projektteam entwickelt ein umfassendes Technologiepaket, mit dem sich das 5-achsige Bürsten zur Herstellung von Werkzeugen mit komplex geformten Schneidkanten direkt in eine Werkzeugmaschine integrieren lässt. Damit leistet das Fraunhofer IPT Pionierarbeit, denn bisher berücksichtigt noch kein Entwicklungsprojekt das 5-Achs-Bürsten zur Herstellung asymmetrischer Schneidkanten. Das »BrushtoCut«-Projekt umfasst drei Module, in denen Bürstwerkzeuge entwickelt, Prozesswissen aufgebaut und Prozesse exemplarisch geplant werden.

Technologiepaket umfasst Bürstwerkzeuge, Prozesswissen und Prozessplanung

In Modul 1 haben sich die Projektpartner das Ziel gesetzt, Bürstwerkzeuge mit verschleißfesten Filamenten zu verbessern und für unterschiedliche Anwendungszwecke spezialisierte Formen von Bürstwerkzeugkörpern zu entwickeln. Denn in vielen Fällen bieten die Hersteller spezielle Werkzeuge zum Verrunden von Schneidkanten an. Die Filamente sind jedoch nicht für die Bearbeitung von Hartmetall optimiert und die Bürsten haben nur einfache Scheibenformen. Um auch komplexe Schneidkanten bearbeiten zu können und den Verschleiß der Bürstwerkzeuge (Filamentverkürzung oder -verschiebung) zu verringern, müssen neue Hochleistungsfilamente entwickelt und mit angepassten Bürstwerkzeugformen kombiniert werden.

Modul 2 zielt auf das Prozesswissen ab: Dazu entwickeln die Partner nicht nur ein Modell zur Vorhersage der Schneidkantengeometrie für gegebene Prozessparameter, sondern definieren zusätzlich Prozessregeln zur Auswahl der Bürststrategie und der endgültigen Bürstparameter. Denn bisher wurden das Bürsten von Schneidkanten und die damit verbundenen Mechanismen wissenschaftlich kaum untersucht. Fehlende Prozesskenntnisse, Prozessmodelle und Bürststrategien verhindern daher zurzeit noch die Markteinführung von Bürstprozessen, die flexibel auf verschiedene Werkzeuge angewendet werden können. »BrushtoCut« möchte dieses Hindernis für den Markteintritt der Bürstenhersteller durch eine detaillierte Analyse und Modellierung des Bürstprozesses überwinden.

Das dritte Modul zielt auf die Entwicklung einer CAM-Software zur computergestützten Planung der Bürstbearbeitung: Die Software besteht aus einer grafischen Benutzeroberfläche zur Gestaltung der gewünschten Schneidkantengeometrie sowie aus Algorithmen und Strategien zur automatisierten Berechnung des optimalen Werkzeugweges des Bürstwerkzeugs. Bisher gibt es am Markt keine vergleichbare Software für eine automatisierte 5-achsige Bahnplanung des Bürstprozesses , die bei komplexen rotationssymmetrischen Schneidwerkzeugen eine gezielte Schneidkantengeometrie erreicht. Durch die Nutzung der kinematischen Möglichkeiten einer 5-Achs-Schleifmaschine und die Entwicklung von Bahnplanungsalgorithmen und einer Benutzeroberfläche soll das Projekt »BrushtoCut« dieses Hindernis überwinden.

Die Ergebnisse werden zu einem Technologiepaket zusammengeführt und als CAM-Software in Werkzeugschleifmaschinen der Projektpartner integriert.

Partner

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
  • A+B Bürsten-Technik AG, St. Gallen, Schweiz
  • Euklid CAD/CAM AG, Hünenberg, Schweiz
  • Kopp Schleiftechnik GmbH, Lindenfels, Deutschland
  • ModuleWorks GmbH, Aachen, Deutschland
  • Walter Maschinenbau GmbH, Tübingen, Deutschland

Projektförderer

Das Forschungsprojekt wird vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.