Expertensystem macht Haupt- und Nebenzeiten kurzen Prozess

Von unserem Chefreporter Wolfgang Filì – chefreporter@fili.net

Mit der XSM400 liegt die Messlatte in der Highspeed-Zerspanung nochmals ein Stück höher“, versichert Michael Hauser. Und dies habe drei Gründe. Der Geschäftsführer der Schweizer Mikron AG, Nidau, schiebt die Fronttür auf und tippt lässig auf den Schwenkkopf der Maschine. „Schauen Sie hier! Die vierte und fünfte Achse sind nicht nachträglich drangeflickt, sondern von Anfang an als Hochgeschwindigkeits-Komponenten ausgelegt und ins Konzept eingebunden worden.“ Wenn Mikron mithin von Ultra-Highspeed spräche – und das ist bei der neuen XSM der Fall – sei damit die Simultanbearbeitung in tatsächlich allen fünf Achsen gemeint.

Hauser schiebt die Tür wieder zu und zieht sich mit links das Steuerpult heran. Wenn man so wolle, sei diese CNC das zweite Kernstück im Konzept, erklärt er. Denn die Cyclone – so lautet der Name – sei nicht einfach eine Hochgeschwindigkeits-Steuerung, sondern eine Art bordeigenes Expertensystem. Die Vorteile lägen für den Benutzer in der Reduktion der Haupt- und vor allem der Nebenzeiten. Cyclone sei weltweit die erste Steuerung, die Konturveränderungen im Programm erkenne und die Dynamikparameter automatisch und bereits während der Bearbeitung anpasse.

Um das dritte Kernstück zu begutachten, muss man ein bisschen um die Maschine herumgehen. Das Palettenwechselsystem liegt auf der Rückseite und zeigt, dass Mikron die XSM nicht nur auf Schnelligkeit ausgelegt hat, sondern auch auf Automation. Der Rundschwenktisch sei mit Palettenaufnahmen der Systeme 3R, Erowa und Mecatool erhältlich. Dadurch sei sichergestellt, das vor allem Anwender im Werkzeug- und Formenbau keine Kompromisse machen müssten.

Fest steht, dass die Schweizer noch nie so viel in ein Entwicklungsprogramm gesteckt haben wie in dieses. Die ersten Gedanken seien Ende 1999 entwickelt worden, mit der eigentlichen Entwicklung habe man im Frühjahr 2000 begonnen, berichtet Michael Hauser. Erstes Ergebnis war die Ende vergangenen Jahres vorgestellte, fünfachsige Highspeed-Maschine HSM400 mit 1,7 g Beschleunigung in allen Linearachsen und 400 mm x 450 mm x 350 mm Arbeitsraum. Jüngstes Produkt der Serie ist die XSM400, eine Ultra-Hochgeschwindigkeitsmaschine mit 2,5 g Beschleunigung im Raum, 80 m/min Vorschub und Spindeldrehzahlen von 30000, 42000 und 60000 min-1. Mit mehr als zehn Jahren Erfahrung in der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Maschinen und intensiver Auseinandersetzung mit deren Steuerungen habe Mikron genügend Know-how gesammelt, um eine eigene Steuerung auf der Basis der bewährten Atek-Familie von Heidenhain auf den Markt zu bringen.

Mittels komplexer Softwarealgorithmen reproduziert Cyclone die Freiformflächen und ihre Schnittstellen im Hintergrund. Der Vorteil dieses Vorgehens liegt darin, dass die Genauigkeit nur an den dafür benötigten Stellen ausgeführt wird und das Programm somit zeitsparender abgearbeitet wird.

Die Dynamikparameter selbst können auf einer ergonomischen, grafischen Benutzeroberfläche bearbeitet werden. Anhand von lediglich vier Benutzer-Einstellgrößen errechnet Cyclone dann automatisch die resultierenden maschinen-spezifischen Parameter. Sie können anschliessend benannt und abgespeichert werden und im NC-Programm aufgerufen werden. Somit ist das Bediener-Know-how der entsprechenden Fräsapplikation in einer Art Steuerungsbibliothek, ähnlich der Werkzeugdaten, abgelegt. Es kann jederzeit darauf zugegriffen werden. Im Expertenmodus können diese Parameter auch einzeln komfortabel erstellt werden. Das System ist so aufgebaut, dass es automatisch Programmstellen zum Einsetzen der Dynamikparameter vorschlägt.

Außerdem erkennt Cyclone Werkstückoberflächen, Schnittkanten, Kurven und dergleichen und führt selbstständig ein fine-tuning der Programme durch. Eine weitere Möglichkeit Zeit einzusparen, liegt darin, dass das Toleranzband erweitert werden kann für Wege, die außerhalb des Werkstückes mit Eilgang gefahren werden. Dies hilft vor allem denjenigen Anwendern, die bislang noch nicht über eine ähnliche Funktion in ihrem CAD/CAM System verfügen.

Die Hardware basiert auf zwei zentralen Prozesssoreinheiten (CPU). Die eine Prozesssoreinheit erledigt die sehr schnelle Programmausführung und Bahnführung in Echtzeit. Die zweite wird parallel dazu verwendet, um die grafische Benutzeroberfläche, den Datentransfer und die Anbindung an die Außenwelt zu erledigen. Die Aufgabenteilung auf zwei Prozessoren bringt nicht nur eine schnellere Bearbeitungszeit am Werkstück, sondern auch eine erhöhte Betriebssicherheit und ein gleichzeitiges Erledigen von mehreren Aufgaben. Die Benutzeroberfläche ist auf dem Standardbetriebssystem Windows 2000 aufgebaut und hat somit eine zukunftsorientierte Software-Plattform. Es bietet sich auch die Möglichkeit, Standard-PC-Zubehör anzuschließen.

Arbeitsvorschübe bis 80 m/min und Beschleunigungen bis 2,5 g geben der Maschine ihre Dynamik. Alle Vorteile der HSM 400 in Bezug auf Werkstückgenauigkeit, Ergonomie und Automatisierung, Nass- und Trockenbearbeitung sind beibehalten worden. „Die XSM400 spiegelt damit nicht nur die jahrelange Erfahrung im Bau von Hochgeschwindigkeits-Maschinen wider“, betont Hauser, „sondern auch in der Anwendung von HSC-Maschinen, spezifischen HSC-Frässtrategien sowie in der Programmierung.“ Die XSM sei durch ihre Vorschubgeschwindigkeit, Beschleunigung sowie Steuerungsperformance absolut überragend im Markt.

Nur die ausschließlich besten Maschinenkomponenten würden verwendet, die in der HSC-Technologie zur Verfügung stehen. Nicht zuletzt auf dieser Basis sei es den Ingenieuren von Mikron gelungen, vorher wenig betretenes Neuland zu erobern. Um die geforderte Dynamik zu erreichen, wurde die neueste Torque-Motortechnik in der vierten und fünften Achse eingesetzt. Hierbei kann bei der Drehachse eine Geschwindigkeit von bis zu 250 min-1 erreicht werden und bei der Schwenkachse eine Geschwindigkeit bis zu 150 min-1. Der Schwenkwinkel beträgt +/- 110°. Die Drehachse eignet sich durch ihre hohe Geschwindigkeit sogar zum Ausführen von Drehoperationen. Für eine hohe Präzision sorgen die High-End-Linearmassstäbe von Heidenhain in der X-, Y -, Z-Achse. Bei der B- und C-Achse werden ebenfalls Direktmesssysteme von Heidenhain eingesetzt, die gleichermaßen den hohen Ansprüchen an Genauigkeit gerecht werden. Das Endresultat, die Oberflächenqualität, gibt den Ausschlag

„Für eine hervorragende Oberflächenqualität mit höchster Präzision sind etliche Faktoren verantwortlich,“ erklärt Michael Hauser. Diese könnten das Endresultat im grossen, aber auch im kleinen Maße beeinflussen. Zwei wesentliche Faktoren seien deshalb einerseits das Konstruktionsprinzip und das Material sowie die Steifheit. Bei der Konstruktion wurde auf hauseigene Patente zurückgegriffen. Die besondere Herausforderung war, trotz der hohen Dynamik ein hohes Maß an Freiheitsgraden und Steifigkeit des Rundschwenktisches zu erreichen. Beides ist für eine hohe Oberflächenqualität mit besonderer Präzision notwendig. Dies wurde hervorragend durch den Einsatz von Dreh- und Schwenkachsen gelöst, die auch die entsprechenden Leistungen haben. Werden Bearbeitungen mit einem positionierten Werkstück vorgenommen, so sorgt die hydraulische Klemmung der B- (bis zu 2000 Nm Klemmkraft) und C-Achse für eine sehr hohe Sicherheit. Durch diese Konzeption können Applikationen in rekordverdächtiger Zeit in einer Qualität verwirklicht werden, die bis dahin unerreichbar war.

Auch das Spänemanagement wurde clever gelöst. So gewährt die starke Neigung aller Chromstahlabdeckungen im Bearbeitungsraum einen bestmöglichen Spänefall und eine benutzerfreundliche Reinigung. Die vollautomatische Tischreinigung garantiert einen prozesssicheren Palettenwechsel. Für den mannlosen Betrieb wird ein Späneförderer eingesetzt.

Die XSM400 und die Typen HSM600 und 800 der Baureihe wurden erstmals zusammen mit sogenannten Pilotkunden entwickelt und dort vor der Serieneinführung ausführlich getestet. Mittels eines sogenannten Logbuches konnte simultan auf Verbesserungen oder Schwachstellen reagiert werden.

Die XSM400 wurde erstmals auf der Emo vorgestellt. Wie Hauser versichert, beträgt die Lieferzeit sechs Wochen. In Deutschland leistet die Mikron AG Kundendienst über ihre Stützpunke in Köln, Hannover, Nürnberg und Fellbach.

Technische Daten

– Längsbewegung X 400 mm

– Querbewegung Y 450 mm

– Senkrechtweg Z 350 mm

– Vorschub jeweils 80 m/min

– Beschleunigung je 25 m/s²

– Schwenk B-Achse ±110 °

– Drehzahl B-Achse 150 min-1

– Drehzahl C-Achse 250 min-1

– Klemmkraft B, C 2000 Nm

– Palettenwechsler 7/20/48

– Drehzahl max. 60 000 min-1

– Leistung (40 % ED) 8,5 kW

– Werkzeugaufnahme HSK 32

– Tischbreite 320 mm

– Tischlänge 320 mm

– Tischbelastung bis 200 kg

– Werkzeugwechsler 18 Plätze

– optionaler Ausbau 36/68

– Stellfläche 4,3 m x3,9 m

– Maschinenhöhe 2,6 m

– Echte Hochgeschwindigkeits-Maschine mit Vorschub bis 80 m/min, 2,5 g Beschleunigung und Drehzahlen bis 60000 min-1

– Bearbeitung unterschiedlichster Materialien wie gehärtetem Stahl bis 62 HRC, Aluminium, Kupfer, Plastik.

– Kürzung der Vorlaufzeit durch Automatisierung, optimierte Schnittgeschwindigkeit, hohe Oberflächengüte

– Niedrige Schnittkraft für die Bearbeitung dünnwandiger Teile, kleine Fräser-Durchmesser, durchmessertiefe Verhältnisse

– Steuerung als bordeigenes Expertensystem ausgelegt