Ausspindeln

Ausspindeln – präzise Bohrungsbearbeitung auf CNC-Maschinen

Das Ausspindeln ist ein spanendes Fertigungsverfahren zur präzisen Bearbeitung bereits vorhandener Bohrungen. Dabei wird eine vorgebohrte, gegossene oder anderweitig hergestellte Bohrung mit einem Ausspindelwerkzeug auf ein definiertes Maß gebracht.

Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit, Rundheit, Zylindrizität, Position und Oberflächengüte gestellt werden. Besonders im Maschinen-, Werkzeug- und Formenbau gehört das Ausspindeln deshalb zu den wichtigen Verfahren der Bohrungsbearbeitung.

Wie funktioniert das Ausspindeln?

Beim Ausspindeln wird Material an der Innenfläche einer vorhandenen Bohrung abgetragen. Das Werkzeug verfügt in der Regel über eine oder mehrere Schneiden und rotiert um die Achse der zu bearbeitenden Bohrung.

Im Gegensatz zum klassischen Bohren wird dabei normalerweise keine neue Bohrung aus dem vollen Material erzeugt. Stattdessen wird eine bestehende Bohrung erweitert oder fertigbearbeitet.

Durch die präzise Einstellung des Werkzeugdurchmessers lässt sich der gewünschte Bohrungsdurchmesser sehr genau herstellen.

Typische Ausgangssituationen sind beispielsweise:

• vorgebohrte Bohrungen
• gegossene oder geschmiedete Bohrungen
• bereits gefräste Bohrungen
• Bohrungen mit Bearbeitungsaufmaß
• Bohrungen, deren Position oder Form korrigiert werden soll

Schrupp- und Feinausspindeln

Je nach Bearbeitungsaufgabe unterscheidet man insbesondere zwischen Schruppausspindeln und Feinausspindeln.

Schruppausspindeln

Beim Schruppausspindeln steht eine möglichst wirtschaftliche Materialabtragung im Vordergrund. Größere Aufmaße werden entfernt und die Bohrung für die anschließende Fertigbearbeitung vorbereitet.

Dabei können höhere Vorschübe und Schnitttiefen eingesetzt werden.

Feinausspindeln

Beim Feinausspindeln geht es dagegen um die Herstellung des endgültigen Durchmessers und einer möglichst hohen Oberflächenqualität.

Feinausspindelwerkzeuge lassen sich sehr präzise einstellen. Dadurch können auch enge Maß- und Formtoleranzen erreicht werden.

Vorteile des Ausspindelns

Das Ausspindeln bietet gegenüber anderen Verfahren einige entscheidende Vorteile:

• hohe Maßgenauigkeit
• sehr gute Rundheit und Zylindrizität
• präzise Einstellung des Bohrungsdurchmessers
• gute Oberflächengüte
• Bearbeitung unterschiedlicher Bohrungsdurchmesser mit einstellbaren Werkzeugen
• Korrektur vorhandener Bohrungen
• hohe Wiederholgenauigkeit auf CNC-Maschinen

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass sich mit geeigneten Ausspindelwerkzeugen der Durchmesser sehr fein einstellen lässt.

Ausspindeln auf CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren

Auf modernen CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren wird das Ausspindelwerkzeug über die Maschinenspindel angetrieben.

Die Qualität der fertigen Bohrung hängt dabei nicht ausschließlich vom Werkzeug ab. Auch die Eigenschaften der Maschine spielen eine wichtige Rolle.

Dazu gehören unter anderem:

• Rundlauf der Werkzeugaufnahme
• Zustand der Maschinenspindel
• Steifigkeit von Maschine und Werkzeug
• Länge der Werkzeugauskragung
• Stabilität der Werkstückspannung
• Schneidengeometrie
• Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
• Kühlung und Schmierung

Besonders bei langen Ausspindelwerkzeugen muss auf eine möglichst geringe Auskragung geachtet werden. Mit zunehmender Werkzeuglänge steigt die Gefahr von Vibrationen und Werkzeugabdrängung.

Ausspindelwerkzeuge

Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Werkzeugsysteme zur Verfügung.

Bei größeren Bearbeitungsaufmaßen werden häufig robuste Schruppwerkzeuge mit Wendeschneidplatten verwendet. Für die Fertigbearbeitung kommen präzise einstellbare Feinausspindelköpfe zum Einsatz.

Typische Komponenten eines Ausspindelsystems sind:

• Werkzeugaufnahme
• Ausspindelkopf
• Ausspindelstange
• Wendeschneidplatte
• Einstellmechanismus
• gegebenenfalls innere Kühlmittelzufuhr

Modulare Systeme ermöglichen es, unterschiedliche Bohrungsdurchmesser und Bearbeitungstiefen mit einem Werkzeugsystem abzudecken.

Wendeschneidplatten beim Ausspindeln

Die Auswahl der richtigen Wendeschneidplatte beeinflusst wesentlich das Bearbeitungsergebnis.

Entscheidend sind unter anderem:

Werkstoff:
Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Aluminium und andere NE-Metalle benötigen unterschiedliche Schneidstoffe und Geometrien.

Eckenradius:
Ein größerer Eckenradius kann eine stabile Schneide ermöglichen, erhöht jedoch auch die Schnittkräfte. Bei instabilen Verhältnissen kann ein kleinerer Radius Vorteile bieten.

Schneidengeometrie:
Positive und scharfe Geometrien reduzieren die Schnittkräfte und können insbesondere beim Feinausspindeln oder bei weniger stabilen Werkstücken von Vorteil sein.

Beschichtung:
Die Beschichtung sollte an den zu bearbeitenden Werkstoff und die Schnittbedingungen angepasst werden.

Ausspindeln oder Reiben?

Sowohl Ausspindeln als auch Reiben dienen der präzisen Fertigbearbeitung von Bohrungen, unterscheiden sich jedoch deutlich.

Beim Reiben besitzt das Werkzeug einen weitgehend festgelegten Durchmesser. Eine Reibahle ist daher für einen bestimmten Bohrungsdurchmesser vorgesehen.

Ein einstellbares Ausspindelwerkzeug bietet dagegen wesentlich mehr Flexibilität. Der Durchmesser kann innerhalb seines Einstellbereichs verändert werden.

Ausspindeln eignet sich außerdem besonders gut, wenn neben dem Durchmesser auch Lage-, Rundheits- oder Fluchtungsfehler einer vorhandenen Bohrung korrigiert werden sollen.

Typische Anwendungen

Ausspindeln wird beispielsweise eingesetzt für:

• Lagersitze
• Passbohrungen
• Gehäusebohrungen
• Getriebegehäuse
• Motorenbauteile
• Werkzeug- und Formenbau
• Maschinenbauteile
• präzise Aufnahmebohrungen
• große Bohrungsdurchmesser
• koaxiale Bohrungen

Gerade bei Lagersitzen und Passbohrungen ist die Kombination aus hoher Maßhaltigkeit und guter Oberflächenqualität entscheidend.

Häufige Fehler beim Ausspindeln

Rattermarken

Rattermarken entstehen häufig durch mangelnde Steifigkeit, eine zu große Werkzeugauskragung oder ungeeignete Schnittparameter.

Abhilfe: Werkzeug möglichst kurz spannen, stabile Aufnahme verwenden und Schnittwerte optimieren.

Konische Bohrungen

Eine Bohrung kann konisch werden, wenn sich Werkzeug oder Werkstück während der Bearbeitung elastisch verformen.

Abhilfe: Auskragung reduzieren, Schnittkräfte verringern und stabile Werkzeuggeometrie wählen.

Schlechte Oberfläche

Eine schlechte Oberfläche kann unter anderem durch verschlissene Schneiden, falsche Schnittwerte, Aufbauschneiden oder Vibrationen entstehen.

Maßabweichungen

Bei der Feinbearbeitung können bereits kleine Veränderungen von Temperatur, Werkzeugverschleiß oder Rundlauf das Ergebnis beeinflussen. Deshalb sollte das Werkzeug sorgfältig eingestellt und das gefertigte Maß regelmäßig kontrolliert werden.

Fazit

Das Ausspindeln ist ein besonders präzises und flexibles Verfahren zur Bearbeitung vorhandener Bohrungen. Es ermöglicht sowohl die wirtschaftliche Erweiterung einer Bohrung als auch deren hochgenaue Fertigbearbeitung.

Insbesondere auf modernen CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren lassen sich mit geeigneten Ausspindelwerkzeugen präzise Durchmesser, hohe Formgenauigkeiten und hochwertige Oberflächen herstellen.

Entscheidend für ein gutes Ergebnis sind neben einem hochwertigen Werkzeug vor allem eine stabile Aufspannung, geringe Werkzeugauskragung, passende Wendeschneidplatten sowie auf Werkstoff und Bearbeitungsaufgabe abgestimmte Schnittparameter.