In der Welt der CNC-Bearbeitung sind Präzision und Effizienz entscheidend. Ein oft übersehener, aber dennoch kritischer Faktor ist die Werkzeugschnittstelle. Sie bildet das Bindeglied zwischen Werkzeug und Maschine und beeinflusst maßgeblich die Bearbeitungsergebnisse. Sie ist entscheidend für den Betrieb, da sie die präzise Übertragung von Kräften, Drehmomenten und Bewegungen ermöglicht und damit die Bearbeitungsqualität direkt beeinflusst. Werkzeugschnittstellen umfassen sowohl die physischen Komponenten, wie Werkzeughalter und Spindelaufnahmen, als auch deren technische Spezifikationen und Normen. Dieser Blogbeitrag beleuchtet die verschiedenen Aspekte von Werkzeugschnittstellen und gibt Ihnen einen umfassenden Überblick. Der Blogbeitrag gliedert sich in vier Kapitel:
1. Was ist eine Werkzeugaufnahme?
2. Gänige Werkzeugschnittstellen
3. Auswahl der richtigen Werkzeugschnittstelle
4. Größen und Ausführungen von Werkzeugaufnahmen
1. Was ist eine Werkzeugaufnahme?
Die Werkzeugaufnahme fungiert als Schnittstelle zwischen dem Werkzeug und der Werkzeugmaschine. Ihre Hauptaufgaben sind:
- Mechanische Fixierung des Werkzeugs: Die Schnittstelle sorgt dafür, dass das Werkzeug sicher und präzise in der Spindel der Maschine befestigt ist. Eine stabile Befestigung ist wichtig, um Vibrationen zu minimieren und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten.
- Schneller und einfacher Werkzeugwechsel: Werkzeugschnittstellen sind heute in der Regel so ausgelegt, dass die Werkzeuge automatisiert von einem Werkzeugwechsler getauscht werden können. Dies minimiert Stillstandzeiten und erhöht die Produktivität.
- Präzise Positionierung: Durch definierte Anlageflächen wird das Werkzeug immer exakt an der gleichen Stelle gespannt. Das spart Zeit, da ein bereits vermessenes Werkzeug nicht erneut justiert werden muss.
- Externe Werkzeugvermessung: Werkzeuge können außerhalb der Maschine, z.B. mit einem Einstell- und Messgerät, vermessen werden. Das erhöht die Genauigkeit und reduziert Maschinenstillstand.
- Kraft- und Drehmomentübertragung: Die Werkzeugaufnahme muss die Drehzahl, den Vorschub und die resultierenden Kräfte vom Maschinenantrieb auf das Werkzeug übertragen können.
- Kühlmittelzufuhr: Moderne Werkzeugaufnahmen ermöglichen die Zufuhr von Kühlmittel durch das Werkzeug (Innenkühlung), was die Standzeit des Werkzeugs verlängert und die Bearbeitungseffizienz steigert.
- Reduktion von Vibrationen: Durch ihre Konstruktion trägt die Schnittstelle dazu bei, Vibrationen zu dämpfen, die sich negativ auf die Oberflächengüte und die Standzeit des Werkzeugs auswirken können.
- Standardisierung und Kompatibilität: Werkzeugschnittstellen folgen oft etablierten Normen wie ISO, DIN oder HSK, um die Kompatibilität zwischen verschiedenen Maschinen und Werkzeugen sicherzustellen. Dies erleichtert die Integration von Werkzeugen verschiedener Hersteller.
Wichtige Eigenschaften einer Werkzeugschnittstelle:
- Rundlaufgenauigkeit: Minimale Abweichungen von der idealen Drehbewegung sind entscheidend für die Bearbeitungsqualität.
- Wiederholgenauigkeit: Nach einem Werkzeugwechsel muss das Werkzeug exakt an der gleichen Position positioniert werden.
- Steifigkeit: Eine hohe Steifigkeit minimiert Vibrationen und sorgt für bessere Oberflächengüten.
- Axial- und Radialspiel: Geringes Spiel ist wichtig für präzise Bearbeitungsergebnisse.
- Plane Anlage: Eine gute Plananlage der Werkzeugaufnahme an der Maschinenspindel ist essenziell für die Stabilität und Genauigkeit.
- Dämpfungseigenschaften: Die Fähigkeit, Vibrationen zu reduzieren, ist wichtig, um die Standzeit der Werkzeuge zu verlängern und die Oberflächengüte zu verbessern.
- Thermische Stabilität: Werkzeugschnittstellen müssen auch bei hohen Temperaturen, die während der Bearbeitung entstehen, formstabil bleiben, um Präzisionsverluste zu vermeiden.
2. Gängige Werkzeugschnittstellen
Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Werkzeugschnittstellen etabliert, die sich in ihren Eigenschaften und Anwendungsbereichen unterscheiden. Hier sind die bekanntesten:
Steilkegel (ISO/DIN)
Diese Kegelverbindungen sind weit verbreitet und in verschiedenen Größen (z.B. ISO 30, ISO 40, ISO 50) erhältlich. Sie bieten eine gute Balance zwischen Steifigkeit und Wirtschaftlichkeit.
Weiterführende Informationen:
Hohlschaftkegel (HSK)
HSK-Aufnahmen zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit und Präzision aus. Sie sind besonders für hohe Drehzahlen und anspruchsvolle Bearbeitungen geeignet. Es gibt verschiedene HSK-Formen, die sich in ihren spezifischen Eigenschaften unterscheiden.
Formen:
- HSK-A: Universell einsetzbar, für Fräsen und Bohren.
- HSK-B: Für manuelle Werkzeugwechsel.
- HSK-C: Für besonders hohe Drehzahlen.
- HSK-D: Für schwere Zerspanung.
- HSK-E: Leichte Bauweise für hohe Drehzahlen.
- HSK-F: Besonders verbreitet in der Holzbearbeitung.
- HSK-T: Für Drehmaschinen, optimierte Drehmomentübertragung.
HSK-T: Wie bereits erwähnt, wurde diese Variante für Drehmaschinen entwickelt, um das Spiel am Mitnehmer zu reduzieren und somit die Drehmomentübertragung zu optimieren. Die Kompatibilität mit HSK-A ist ein großer Vorteil.
HSK-F für Makino: Diese Werksnorm von Makino wurde speziell für deren Maschinen entwickelt. Nach Entfernung der Anti-Rutsch-Stifte sind diese Aufnahmen jedoch auch mit HSK-F63 oder HSK-F80 kompatibel.
Weiterführende Informationen:
Steilkegel vs. HSK:
Steilkegel: Bieten eine gute Balance zwischen Steifigkeit und Wirtschaftlichkeit, sind jedoch bei hohen Drehzahlen an ihre Grenzen stoßen. Die asymmetrische Form kann zu leichten Unwuchten führen.
HSK: Die symmetrische Form und die präzise Zentrierung machen HSK-Aufnahmen ideal für hohe Drehzahlen. Die höhere Steifigkeit ermöglicht eine bessere Kraftübertragung und reduziert Vibrationen.
BIG-PLUS®
Diese Weiterentwicklung des Steilkegels (entwickelt von BIG Daishowa) verbessert die Plananlage am Spindelkopf und erhöht somit die Steifigkeit und Präzision. BIG-PLUS® ist kompatibel mit herkömmlichen Steilkegeln, bietet aber deutliche Vorteile bei anspruchsvollen Bearbeitungen.
Weiterführende Informationen:
https://big-daishowa.de/pdf/BIG-PLUS_GenuineTooling_BIG_DE_2021_Original52500.pdf
BT-Aufnahme
Die BT-Aufnahme ist besonders in asiatischen Märkten verbreitet und basiert auf dem SK-Prinzip, bietet jedoch symmetrische Flansche. Diese Konstruktion sorgt für eine bessere Balance und macht die Schnittstelle für Anwendungen mit mittleren bis hohen Drehzahlen geeignet.
Weiterführende Informationen:
https://haimer.com/de/produkte/werkzeugaufnahmen/steilkegel-jis-(mas-403)-bt30-bt40-bt50
Morsekonus (MK)
Diese Kegelverbindung wird häufig für Bohrfutter, Reibahlen, Zentrierspitzen und Mitnehmer verwendet, insbesondere in älteren Maschinen und für einfachere Anwendungen. Sie funktioniert durch eine reine Presspassung im entsprechenden Gegenkonus der Maschine (z.B. Pinole). Durch Reibung entsteht eine selbsthemmende Verbindung. Vorteile sind die einfache Handhabung und hohe Haltekraft. Nachteile die geringere Rundlaufgenauigkeit im Vergleich zu modernen Schnittstellen und die Drehmomentübertragung nur über Reibung. Der Morsekonus war einer der ersten standardisierten Lösungen.
Weiterführende Informationen:
https://kemmler-tools.de/lexikon-din-228-1-a-mk/
Werkzeugaufnahmen mit Polygonalschaft (PSK)
Eine polygonale Schnittstelle, die im Vergleich zu Kegelverbindungen eine höhere Steifigkeit und Drehmomentübertragung bietet. PSC wird häufig in der Schwerzerspanung und bei hohen Drehzahlen eingesetzt. Diese Schnittstelle wurde zuerst von Sandvik vorgestellt und später in die DIN-ISO26623-2 überführt.
Weiterführende Informationen:
https://kemmler-tools.de/lexikon-iso-26623-1-psk/
PSK vs. Kegelverbindungen:
PSK: Die polygonale Schnittstelle bietet eine deutlich höhere Steifigkeit und Drehmomentübertragung im Vergleich zu Kegelverbindungen. Dadurch sind höhere Schnittgeschwindigkeiten und größere Zerspankräfte möglich. PSK-Aufnahmen sind besonders für schwere Zerspanung und hohe Drehzahlen geeignet.
Kegelverbindungen: Kegelverbindungen bieten ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis. Ihre Herstellung ist in der Regel kosteneffizient, und sie sind leichter zu beschaffen als PSK-Verbindungen. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist ihre hohe Kompatibilität: Viele ältere Maschinen sind bereits mit Kegelverbindungen ausgestattet, was die Nachrüstung mit neuen Werkzeugen deutlich vereinfacht und die Nutzung der bereits vorhandenen Werkzeuge erlmöglicht.
Coromant Capto®
Ein modulares Werkzeugsystem, das sowohl für Dreh- als auch für Fräsoperationen konzipiert ist. Capto zeichnet sich durch hohe Flexibilität, Stabilität und Wiederholgenauigkeit aus. Es ist modular Aufgebaut und ermöglicht so die schnelle Anpassung an verschiedene Bearbeitungsaufgaben.
Weiterführende Informationen:
https://www.sandvik.coromant.com/de-de/tools/turning-tools/internal-turning-tools/coromant-capto
KM (Kennametal Modular)
Ein modulares System ähnlich Capto, das sich durch hohe Präzision und Flexibilität auszeichnet. KM-Aufnahmen sind in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich und können an unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen angepasst werden.
Weiterführende Informationen:
https://www.kemmler-shop.de/de/technische-informationen/normen-maschinenseitig/iso-26622-km/
Capto vs. KM vs. PSK
Capto: Bietet eine hohe Flexibilität durch ein modulares System, das sowohl für Dreh- als auch für Fräsoperationen geeignet ist. Der modulare Aufbau ermöglicht eine schnelle Anpassung an verschiedene Bearbeitungsaufgaben.
KM: Ausgelegt auf höchste Präzision und Flexibilität. Das System ist besonders für anspruchsvolle Bearbeitungen geeignet und bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten zur individuellen Konfiguration.
PSK: Hersteller unabhängige Schnittstelle.
VDI-Schaft
Der VDI-Schaft ist eine bevorzugte Schnittstelle in Drehmaschinen und Revolverköpfen. Er bietet eine präzise Positionierung und ist ideal für den schnellen Werkzeugwechsel. Der VDI-Schaft ist eine mechanisch einfache, aber hochpräzise und robuste Schnittstelle, die eine schnelle und zuverlässige Werkzeugaufnahme ermöglicht.
Weiterführende Informationen:
https://kemmler-tools.de/lexikon-din-iso-10889-din-69880-vdi/
3. Auswahl der richtigen Wahl der Werkzeugschnittstelle
Die Auswahl der richtigen Werkzeugschnittstelle ist immer ein Kompromiss zwischen verschiedenen Faktoren. Im folgenden finden Sie einige wichtige Faktoren zur Entscheidungsfindung:
1. Definieren der Anforderungen:
Maschinenkapazität: Welche Schnittstellen sind an der Maschine vorhanden und welche Drehzahlen, Drehmomente und Kräfte sind möglich?
Werkstückmaterial: Welches Material soll bearbeitet werden? Harte oder zähe Materialien erfordern steifere Schnittstellen.
Bearbeitungsverfahren: Welche Bearbeitungen sind geplant (Drehen, Fräsen, Bohren)?
Toleranzen: Welche Toleranzen müssen eingehalten werden?
Werkzeugwechselhäufigkeit: Wie oft müssen die Werkzeuge gewechselt werden?
Budget: Welches Budget steht zur Verfügung?
Kühlung: Wie soll gekühlt werden? (KSS / Öl, intern / extern / minimal,...)
2. Vergleich der Schnittstellensysteme:
Technische Daten: Vergleichen Sie die technischen Daten der verschiedenen Systeme (Steifigkeit, Präzision, Drehmomentübertragung).
Kompatibilität: Prüfen Sie, ob die Schnittstelle mit den vorhandenen Werkzeugen und Maschinen kompatibel ist. Dies kann die Anschaffungskosten deutlich reduzieren und sorgt für Flexibilität in der Fertigung
Kosten: Berücksichtigen Sie die Anschaffungskosten, die Kosten für die Werkzeuge und die Betriebskosten.
3. Beratung durch Experten:
Hersteller: Die Hersteller von Werkzeugaufnahmen bieten in der Regel eine umfassende Beratung an.
Hersteller von CNC-Maschinen: Der Maschinenbauer kann Empfehlungen für die passende Schnittstelle geben.
Werkzeughändler: Werkzeughändler verfügen über ein breites Wissen über verschiedene Schnittstellen und können bei der Auswahl helfen.
Wichtig: Die nachfolgende Tabelle dient als allgemeine Orientierung und kann je nach Hersteller und spezifischen Anforderungen variieren. Sie ist stark verallgemeinert.
|
Schnittstelle |
Kegel-winkel |
Plan-anlage |
Anwendung |
Vorteile |
Nachteile |
|
Steilkegel (ISO) |
07:24 |
Nein |
Konventionelle Bearbeitung, Universalanwendungen |
Weit verbreitet, kostengünstig |
Geringere Steifigkeit bei hohen Drehzahlen |
|
BIG-PLUS® |
07:24 |
Ja |
Anspruchsvolle Bearbeitung, höhere Drehzahlen |
Höhere Steifigkeit und Präzision im Vergleich zu Standard-Steilkegeln |
Höherer Preis |
|
HSK |
01:10 |
Ja |
Hochgeschwindigkeits-bearbeitung, hohe Präzision |
Sehr hohe Steifigkeit und Präzision, gute Rundlaufeigenschaften |
Höherer Preis, empfindlicher gegenüber Verschmutzung |
|
Coromant Capto® |
- |
Ja |
Dreh- und Fräsoperationen, flexible Bearbeitungsaufgaben |
Hohe Flexibilität, Stabilität und Wiederholgenauigkeit |
Höherer Preis |
|
PSC |
Polygon |
Ja |
Schwerzerspanung, hohe Drehmomente |
Sehr hohe Steifigkeit und Drehmomentübertragung |
Weniger verbreitet, spezielle Anforderungen an die Maschine |
|
KM |
- |
Ja |
Vielseitige Anwendungen, hohe Präzision |
Hohe Präzision und Flexibilität, modulares System |
Höherer Preis |
4. Größen und Ausführungen von Werkzeugaufnahmen
| Bez. | Gr. 1 | Gr. 2 | Gr. 3 | Gr. 4 | Gr. 5 | Gr. 6 | Gr. 7 | Gr. 8 |
| Steilkegel | SK30 | SK40 | SK50 | - | - | - | - | - |
| Steilkegel JIS | BT30 | BT40 | BT50 | - | - | - | - | - |
| Steilkegel ASME | CAT30 | CAT40 | CAT50 | - | - | - | - | - |
| Steilkegel (manuell) | SK30 | SK40 | SK50 | - | - | - | - | - |
| Hohlschaft- kegel A |
HSK-A25 | HSK-A32 | HSK-A40 | HSK-A50 | HSK-A63 | HSK-A80 | HSK-A100 | HSK-A125 |
| Hohlschaft- kegel C |
HSK-C32 | HSK-C40 | HSK-C50 | HSK-C63 | HSK-C80 | HSK-C100 | - | - |
| Hohlschaft- kegel E |
HSK-E25 | HSK-E32 | HSK-E40 | HSK-E50 | HSK-E63 | HSK-E80 | HSK-E100 | HSK-E125 |
| Hohlschaft- kegel F |
HSK-F32 | HSK-F40 | HSK-F50 | HSK-F63 | HSK-F80 | - | - | - |
| Hohlschaft- kegel T |
HSK-T32 | HSK-T40 | HSK-T50 | HSK-T63 | HSK-T80 | HSK-T100 | - | - |
| Polygonaler Hohlschaft- kegel |
PSK32 (C3) |
PSK40 (C4) |
PSK50 (C5) |
PSK63 (C6) |
PSK80 (C8) |
PSK100 (C10) | - | - |
| Kennametal Modular | KM32 | KM40 | KM50 | KM63 | KM80 | KM100 | - | - |
| KM4X63 | KM4X100 | KM4X125 | - | - | - | - | - | |
| VDI-Aufnahme | VDI 16 | VDI 20 | VDI 25 | VDI 30 | VDI 40 | VDI 50 | - | - |
| Base Mounted Tool (BMT) | BMT45 | BMT55 | BMT65 | BMT75 | BMT85 | - | - | - |
| Morsekegel (MK) | MK1 | MK2 | MK3 | MK4 | MK5 | MK6 | - | - |
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