Röders: Mit höchs­ter Prä­zi­si­on und RFT-Werk­zeu­gen Glanz­flä­chen direkt auf der Maschi­ne in Stahl erstellen

Röders: Mit höchs­ter Prä­zi­si­on und RFT-Werk­zeu­gen Glanz­flä­chen direkt auf der Maschi­ne in Stahl erstellen

Immer mehr Anwen­dun­gen erfor­dern spie­geln­de oder hoch­glanz­po­lier­te Ober­flä­chen auf Stahl. Das gilt beson­ders auch für opti­sche Kom­po­nen­ten. Sie benö­ti­gen Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten von Ra < 20 nm oder noch bes­ser. Dar­über hin­aus benö­ti­gen Werk­stü­cke im opti­schen Bereich zusätz­lich eine sehr hohe Genau­ig­keit. Ein Bei­spiel dafür sind etwa For­men für Reflek­to­ren. In sol­chen Fäl­len ver­bie­tet sich ein manu­el­les Polie­ren der gefräs­ten Ober­flä­chen von selbst. Denn beim manu­el­len Polie­ren lei­det zwangs­läu­fig die Prä­zi­si­on. Dazu kommt, dass das manu­el­le Hoch­glanz­po­lie­ren zudem auch bei Werk­stü­cken mit Ober­flä­chen­ge­nau­ig­keit nur in der Grö­ßen­ord­nung von 0,01 mm sehr zeit­auf­wen­dig und damit teu­er ist. HSC-Spe­zia­list Röders hat für die Erstel­lung von Glanz­flä­chen die rich­ti­gen Maschi­nen im Port­fo­lio – und nun auch mit den RFT-Werk­zeu­gen die rich­ti­gen Tools. 

Die Röders RXP 501 ist eine hochpräzise industrielle Bearbeitungsmaschine, mit der sich optische Oberflächen und Glanzflächen herstellen lassen. Das Bearbeitungszentrum ist darüber hinaus leicht automatisierbar. - Bild: Röders
Die Röders RXP 501 ist eine hoch­prä­zi­se indus­tri­el­le Bear­bei­tungs­ma­schi­ne, mit der sich opti­sche Ober­flä­chen und Glanz­flä­chen her­stel­len las­sen. Das Bear­bei­tungs­zen­trum ist dar­über hin­aus leicht auto­ma­ti­sier­bar. – Bild: Röders

Seit vie­len Jah­ren arbei­ten Exper­ten schon an Ver­fah­ren, mit denen die Anwen­der höchs­te Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten und Glanz­flä­chen in Stahl bereits auf der Maschi­ne errei­chen kön­nen. Bei Leicht­me­tal­len ist das schon lan­ge mög­lich – hier kommt Dia­mant als Schneid­stoff zum Ein­satz. In der kon­ven­tio­nel­len Fräs­be­ar­bei­tung von Stahl jedoch ver­schleißt Dia­mant schon in kür­zes­ter Zeit. 

Bis­lang war die­se Art der Bear­bei­tung sehr teuer

Damit war eine Bear­bei­tung von Glanz­flä­chen in Stahl mit Dia­mant bis­her nicht mög­lich. Ver­ein­zelt kamen Nickel­be­schich­tun­gen oder ultra­schall­ge­stütz­te Ver­fah­ren zum Ein­satz – das waren indes rela­tiv teu­re Lösun­gen für die Verschleißproblematik.

Im Fokus
Glanz­flä­chen auf Röders-Maschi­nen
Über meh­re­re Jah­re haben auch die Ent­wick­ler bei Röders an neu­en Bear­bei­tungs­tech­no­lo­gien zur Erstel­lung von Glanz­flä­chen gear­bei­tet. Sie gehen den Weg, mit spe­zi­el­len Werk­zeu­gen und klei­nen Zustel­lun­gen Stahl mit Dia­mant auf der Maschi­ne zu bear­bei­ten. Dabei errei­chen die Dia­mant­werk­zeu­ge lan­ge Stand­zei­ten. Vor allem in der 3D-Bear­bei­tung von kom­ple­xen For­men mit kugel­för­mi­gen Werk­zeu­gen erziel­ten die Exper­ten hier Erfol­ge, etwa beim Frä­sen von Frei­form­flä­chen. Damit kann der Anwen­der in einer wach­sen­den Zahl an Appli­ka­tio­nen die erfor­der­li­chen hohen Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten auch in Stahl wirt­schaft­lich direkt auf der Maschi­ne erzeugen.

Die Vor­aus­set­zung für die Erstel­lung von Glanz­flä­chen direkt auf der Maschi­ne ist aller­dings zunächst eine sehr prä­zi­se Bear­bei­tungs­ma­schi­ne. Die End­be­ar­bei­tung mit dem Dia­mant­werk­zeug erfor­dert ein sehr prä­zi­ses Auf­maß von weni­gen µm auf dem Werk­stück. Das muss also zuvor sicher­ge­stellt wer­den. Dabei muss der Anwen­der die engen Auf­maß­to­le­ran­zen an jeder Stel­le der zu bear­bei­ten­den Werk­stück­ober­flä­che ein­hal­ten. Dar­über hin­aus wird eine sehr geo­me­trie­sta­bi­le Maschi­ne benötigt. 

Glanz­flä­chen erfor­dern höchs­te Präzision

Für die Glanz­flä­chen muss der Anwen­der jeg­li­che ther­mi­sche oder anders ver­ur­sach­te Drif­ten des Null­punkts sicher ver­hin­dern. Und das sogar im ein­stel­li­gen µm-Ber­reich. Denn sonst kann das Dia­mant­werk­zeug nicht über­all gleich­mä­ßig und zudem in sehr gerin­gem Aus­maß über­all auf der Werk­stück­ober­flä­che abtra­gen. Schon eine leich­te Ver­schie­bung des Null­punk­tes oder eine Vari­anz der Werk­zeug­län­ge wür­de ent­we­der das Dia­mant­werk­zeug über­las­ten und schnell ver­schlei­ßen. Oder das Tool kann auf­grund der sehr gerin­gen Stär­ke beim Auf­maß nichts mehr vom Werk­stück abnehmen.

Um optische Flächen oder Ganzoberflächen direkt in Stahl zu erzeugen, hat Röders eigene Werkzeuge (RFT-Werkzeuge) entwickelt. Sie ermöglichen es, die Bearbeitungszeiten deutlich zu verkürzen. - Bild: Röders
Um opti­sche Flä­chen oder Ganz­ober­flä­chen direkt in Stahl zu erzeu­gen, hat Röders eige­ne Werk­zeu­ge (RFT-Werk­zeu­ge) ent­wi­ckelt. Sie ermög­li­chen es, die Bear­bei­tungs­zei­ten deut­lich zu ver­kür­zen. – Bild: Röders 

Eine wei­te­re Her­aus­for­de­rung: Der Anwen­der muss wegen der kugel­för­mi­gen Geo­me­trie der Bear­bei­tungs­werk­zeu­ge, die für die kom­ple­xen For­men not­wen­dig ist, die seit­li­chen Zustel­lun­gen sehr fein wäh­len. Nur so kann er spie­geln­de Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten errei­chen. Die seit­li­chen Zustel­lun­gen müs­sen also eben­falls im Bereich nur weni­ger µm lie­gen. Das wie­der­um ver­ur­sacht sehr umfang­rei­che Bear­bei­tungs­pro­gram­me zur Erstel­lung von Glanz­flä­chen, die ent­spre­chend lan­ge Lauf­zei­ten auf der Maschi­ne benötigen.

Werk­zeu­ge für Glanz­flä­chen müs­sen mit unter­schied­li­chen Vor­schü­ben umge­hen können 

Des­halb muss die Maschi­ne für eine wirt­schaft­li­che Bear­bei­tung von Glanz­flä­chen in der Lage sein, die Bear­bei­tungs­pro­gram­me für die End­be­ar­bei­tung mit aus­rei­chend Bear­bei­tungs­vor­schub abzu­ar­bei­ten. Dabei muss das Bear­bei­tungs­zen­trum die für die­sen Pro­zess not­wen­di­ge hohe Prä­zi­si­on exakt ein­hal­ten. So etwas kann indes nur eine hoch­prä­zi­se und gleich­zei­tig sehr dyna­mi­sche Maschi­ne. Dar­über hin­aus muss auch das Werk­zeug für die­se Bear­bei­tung aus­ge­legt sein. Es muss die gefor­der­ten hohen Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten gleich­blei­bend bei hohen und nied­ri­gen Vor­schü­ben errei­chen kön­nen. Denn gera­de bei bei kom­ple­xen Werk­stück­geo­me­trien kann der Anwen­der kei­nen kon­stan­ter Vor­schub auf der Maschi­ne fah­ren. Er muss den Vor­schub viel­mehr kon­tur­ab­hän­gig anpassen.

Diese optische Oberfläche mit einer Güte von Ra = 15 nm ist direkt auf der Maschine hergestellt worden. Die Gesamtbearbeitungszeit pro Kavität mit den Maßen von etwa 18 x 10 mm liegt einschließlich Schruppen bei weniger als 2 h. - Bild: Röders
Die­se opti­sche Ober­flä­che mit einer Güte von Ra = 15 nm ist direkt auf der Maschi­ne her­ge­stellt wor­den. Die Gesamt­be­ar­bei­tungs­zeit pro Kavi­tät mit den Maßen von etwa 18 x 10 mm liegt ein­schließ­lich Schrup­pen bei weni­ger als 2 h. – Bild: Röders

Des­halb hat Röders wäh­rend der ver­gan­ge­nen Jah­re eige­ne Dia­mant­werk­zeu­ge für Glanz­flä­chen ent­wi­ckelt und opti­miert. Eines der Zie­le war, deut­lich höhe­re Vor­schü­be beim Her­stel­len von Hoch­glanz­ober­flä­chen zu ermög­li­chen. Par­al­lel dazu ent­wi­ckel­te Röders aber auch die Maschi­nen­tech­no­lo­gie stän­dig wei­ter. Damit konn­ten die Exper­ten sowohl die Vor­schü­be als auch den Ruck ste­tig wei­ter erhö­hen, ohne dass die Ober­flä­chen­qua­li­tät vom Maschi­nen­ver­hal­ten beein­träch­tigt wird.

Bear­bei­tungs­zei­ten las­sen sich deut­lich reduzieren

Im Ergeb­nis konn­ten sie die Bear­bei­tungs­zei­ten mehr als deut­lich ver­kür­zen. So redu­zier­ten die Spe­zia­lis­ten bei­spiels­wei­se bei einer Reflek­tor­form für Dioden die Gesamt­be­ar­bei­tungs­zeit pro Kavi­tät von 5 auf weni­ger als 2 h. Die erziel­te Ober­flä­chen­qua­li­tät liegt bei Ra = 15 nm. Und die Exper­ten sind sicher, dass das bei wei­tem noch nicht das Ende der Fah­nen­stan­ge ist. Mit der künf­ti­gen inten­si­ven und geziel­ten Wei­ter­ent­wick­lung von Bear­bei­tungs­pro­zess und Maschi­nen­tech­no­lo­gie erwar­ten sie wei­te­re deut­li­che Ver­kür­zun­gen der Bear­bei­tungs­zei­ten schon in naher Zukunft. Teil­wei­se wer­den bereits heu­te Ra-Wer­te von weni­ger als 10 nm erreicht.

Inzwischen lassen sich auch größere optische Flächen wirtschaftlich in Stahl auf einer Röders-Maschine herstellen. Die Zeit für die Endbearbeitung dieser Reflektorform mit einem Durchmesser der Glanzfläche im Reflektorbereich von 110 mm konnte mit den Röders RFT-Werkzeugen auf 25,5 h reduziert werden. - Bild: Röders
Inzwi­schen las­sen sich auch grö­ße­re opti­sche Flä­chen wirt­schaft­lich in Stahl auf einer Röders-Maschi­ne her­stel­len. Die Zeit für die End­be­ar­bei­tung die­ser Reflek­tor­form mit einem Durch­mes­ser der Glanz­flä­che im Reflek­tor­be­reich von 110 mm konn­te mit den Röders RFT-Werk­zeu­gen auf 25,5 h redu­ziert wer­den. – Bild: Röders 

In der Ver­gan­gen­heit war die Her­stel­lung der­ar­tig hoher Ober­flä­chen­qua­li­tä­ten den Ultra­prä­zi­si­ons­ma­schi­nen vor­be­hal­ten. Sol­che Maschi­nen ver­lan­gen zunächst einen hohen Invest bei ihrer Anschaf­fung. Zudem erfor­dert die Her­stel­lung von Glanz­flä­chen in der Grö­ßen­ord­nung Ra = 10 nm auf die­sen Maschi­nen sehr lan­ge Ein­rich­te­zei­ten. Damit wird eine Fer­ti­gung sol­cher Bau­tei­le auf die­sen Maschi­nen zeit­in­ten­siv, per­so­nal­in­ten­siv und teu­er. Anders die Röders-Maschi­nen, die an sich typi­sche Indus­trie­ma­schi­nen sind – aller­dings eben mit einer sehr hohen Prä­zi­si­on. Zudem kann der Anwen­der die Röders-Maschi­nen sehr ein­fach auto­ma­ti­sie­ren. So kann er Werk­stü­cke mit opti­schen Ober­flä­chen auch in einer mann­lo­sen Schicht oder gar über das Wochen­en­de auto­ma­tisch herstellen.

Wirt­schaft­li­cher Ein­satz von Röders-Maschinen

All das macht den Ein­satz von Röders-Maschi­nen in der Fer­ti­gung spie­geln­der Ober­flä­chen direkt auf der Maschi­ne beson­ders wirt­schaft­lich. Das spie­gelt sich auch dar­in wider, dass der Anteil an Maschi­nen bei Röders, die für der­ar­ti­ge Bear­bei­tun­gen von Glanz­flä­chen ver­kauft wer­den, ste­tig steigt. Die dras­ti­sche Leis­tungs­stei­ge­rung gestal­tet die Her­stel­lung von immer grö­ße­ren opti­schen oder Hoch­glanz­ober­flä­chen direkt auf der Maschi­ne inzwi­schen in immer mehr Anwen­dungs­fäl­len deut­lich wirt­schaft­li­cher als her­kömm­li­che Verfahren.


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