Wie wählt man das ideale Spannfutter für die Zerspanung?

Die Werkzeugaufnahme verbindet die Maschinenspindel mit dem Werkzeug. Dadurch kann sie Präzision, Effizienz und Prozesssicherheit maßgeblich beeinflussen. Die Wahl des geeigneten Spannmittels – ob für Werkzeug oder Werkstück – wird von vielen Faktoren beeinflusst, die sich aus der konkreten Anwendung ergeben. Vergleicht man Spannfutter hinsichtlich Handhabung, Anschaffung und Wartung und berücksichtigt man auch Nachhaltigkeitsaspekte, so zeigen sich teilweise deutliche Unterschiede.

Spannmittel gibt es in verschiedenen Formen: Früher wurden für rotierende Werkzeuge überwiegend Steilkegel (SK), noch früher Morsekegel (MK) verwendet. Heutzutage sind SK und Hohlschaftkegel (HSK) die am stärksten verbreitete Schnittstelle. Die HSK-Schnittstelle wird von innen gegriffen und gegen eine plane Anlagefläche gezogen. Die HSK-Schnittstelle ist für höhere Drehzahlen geeignet. Darüber hinaus punktet der Hohlschaftkegel mit einer sehr guten Plan- und Rundlaufgenauigkeit, einer guten Biege- und Verdrehsteifigkeit sowie einer hohen Wiederholgenauigkeit beim Werkzeugwechsel.

Spannzangenfutter wie das Garant-HiRunER-Präzisions-ER sind universell einsetzbare mechanische Spannsysteme. Sie werden unterteilt in OZ-Spannzangen (DIN 6388) und ER-Spannzangen (DIN 6499) zum Spannen von Werkzeugen mit Zylinderschaft zum Bohren, Reiben und Fräsen.

Schrumpffutter kommen vor allem dort zum Einsatz, wo prozess- und anlagebedingt eine schlanke Bauweise der Werkzeugaufnahme bei gleichzeitig höchster Haltekraft und Steifigkeit erforderlich ist wie beispielsweise beim Bohren, Senken, Fräsen und Reiben. Schrumpffutter bieten eine hohe Rundlaufgenauigkeit mit Abweichungen von weniger als drei Mikrometern. Durch die hohe Rundlaufgenauigkeit erhöht sich die Standzeit der Werkzeuge sowie die Bauteilqualität. Schrumpffutter ermöglichen einen einfachen, fast intuitiven Werkzeugwechsel.

Für den Werkzeugwechsel wird ein Schrumpfgerät benötigt. Dieses erwärmt das Spannfutter, wodurch sich der Innendurchmesser ausdehnt und das Werkzeug eingesetzt werden kann. Beim anschließenden Abkühlen schrumpft die Aufnahmebohrung um den Werkzeugschaft zusammen und spannt das Werkzeug mit einer sehr hohen Spannkraft bei gleichzeitig hoher Rundlaufgenauigkeit.

Weldonfutter – dazu zählen auch die Garant-Flächenspannfutter – werden hauptsächlich zum Fräsen verwendet, können aber auch für andere Anwendungen genutzt werden. Es ist bekannt für seine einfache Handhabung: Die Abflachung am Schaft des Werkzeugs, auch HB-Schaft genannt, wird beim Einsetzen in das Weldonfutter durch eine Stellschraube im Futter fixiert. Sie hält das Werkzeug sicher gegen Verdrehen und verhindert, dass sich das Fräswerkzeug während der Bearbeitung herauszieht oder verdreht. Das Weldonfutter zeichnet sich durch enorme Zug- und Haltekräfte aus. Dies ist besonders bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien oder bei großen Zustellungen von Vorteil.

Im Vergleich zu anderen Spannfuttertypen ist das Weldonfutter günstig in der Anschaffung. Dies und die enormen Haltekräfte machen es zum idealen Futter für die Fräsbearbeitung. Jedoch ist die Rundlaufgenauigkeit geringer. Deswegen eignet sich das Futter nicht für Reiben oder Tieflochbohrungen und durch die große Störkontur des Flächenspannfutters auch nicht für schlecht zugängliche Bearbeitungsoperationen. Hydrodehnspannfutter wie das Garant Master Chuck empfehlen sich für Prozesse, die Rundlaufgenauigkeiten von circa drei Mikrometer und Drehzahlen bis 40.000 min¯¹ erfordern. Einige von ihnen (Garant Master Chuck slim und Garant Schlankes Hydrodehnspannfutter 3°) können aufgrund ihrer schlanken Bauweise beispielsweise im Werkzeug und Formenbau Schrumpffutter ersetzen.

Durch die Dämpfungseigenschaften des Hydrodehnspannfutters kann sich sowohl die Standzeit des Werkzeugs als auch die Qualität des Werkzeuges erhöhen. Andere, wie das Garant Master Chuck Performance, sind zwar weniger gut zugänglich, bieten aber hohe Haltemomente. Durch den gleichmäßigen Schneideneingriff und die Schwingungsdämpfung eignen sie sich überall dort, wo sehr hohe Werkstückoberflächengüten gefragt sind.

Hydrodehnspannfutter arbeiten nach dem hydrau­lischen Wirkprinzip und bestehen aus einer ölgefüllten Kammer, einer Spannschraube und einem Spannkolben. Die Handhabung ist einfach. Der Spannkolben drückt über ein Dichtelement Öl in die Dehnkammer und bewirkt einen gleichmäßigen Druckaufbau und die gleichmäßige Druckübertragung auf das Werkzeug. Die dünnwandige Dehnbuchse spannt dann den Werkzeugschaft präzise und sicher. Hydrodehnspannfutter verfügen dadurch über eine gute Drehmomentübertragung.

Ein Spannfutter für alle Bearbeitungsfälle gibt es nicht, letztlich kommt es auf den konkreten Anwendungsfall an. Die Wahl der richtigen Werkzeugaufnahme hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab: der geforderten Werkstückqualität, der Zugänglichkeit und der Bearbeitung. Darüber hinaus wird sie durch Drehzahl, Rundlaufgenauigkeit, Spannkräfte oder Spannmomente bestimmt.

Häufig beruht sie aber auch auf der Erfahrung des Zerspaners. Muss bei der Werkzeugspanntechnik ein guter Rundlauf gewährleistet sein, führt kein Weg an Schrumpffuttern oder Hydrodehnspannfuttern vorbei. Beide eignen sich zur Aufnahme von Reibahlen, Bohrern, Schaftfräsern und Kugelfräsern in der Hochpräzisionszerspanung.

Spielt darüber hinaus der Aspekt der Nachhaltigkeit eine Rolle bei der Entscheidungsfindung, muss der Energieverbrauch des Schrumpfgerätes und die geringere Standzeit des Schrumpffutters gegenüber dem Hydrodehnspannfutter berücksichtigt werden.

Quelle: Hoffmann Group