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Ohne fünfte NC-Achse geht bald gar nichts mehr

Einsatzbereich von Bearbeitungszentren wird weiter ausgebaut
Ohne fünfte NC-Achse geht bald gar nichts mehr

Hatte der Linearmotor die Rollspindel erst auf Trab gebracht, scheint die neue Kinematik jetzt die kartesisch gebauten Bearbeitungszentren zu trainieren: Sie werden genauer, dynamischer und vor allem agiler.

Von Chefreporter Wolfgang Filì – chefreporter@fili.net

Zwei Nachrichten gleich vorab. Zuerst die gute: Die lineare Achsbeschleunigung europäischer Bearbeitungszentren ist in den letzten fünf Jahren von 1 m/s² auf durchschnittlich 5 m/s², die Verfahrgeschwindigkeit auf Werte zwischen 30 und 40 m/min angewachsen. Gleichzeitig ist die Span-zu-Span-Zeit von 20 auf mittlere 10 s gesunken. Und nun die bessere Notiz: Die Systeme sind dadurch keineswegs teurer geworden, wie die meisten Hersteller seufzend feststellen. Der Kunde bekommt einfach mehr Maschine fürs Geld, und obendrein mehr Produktivität.
Wie immer steckt der Fortschritt im Detail und lässt sich bestenfalls von einem Messejahr zum nächsten verfolgen. Etwa bei der C 40 U der Hermle AG in Halle 14, Stand A33: Auf dem Erfolg des Bearbeitungszentrums C800 hatte das Gosheimer Unternehmen sich nicht ausgeruht, sondern die Folgeserien C500, C600 und C1200 jetzt ergänzt durch den neuen Typ C 40 U dynamic. Obwohl dieser auf die Konstruktionsmerkmale der anderen C-Maschinen aufsetzt, beschleunigen seine drei Linear- achsen X, Y und Z jetzt mit 10 m/s² auf 60 m/min Vorschub, die um 360° drehbare C-Achse tourt bis 65 min-1 und die um +25°/-100° schwenkbare Achse A verfährt mit 25 min-1. Alle fünf Achsen arbeiten simultan.
Angeboten wird die Maschine in zwei Ausführungen: Mit einem Schwenkrundtisch von 800 mm fasst sie bis zu 1000 kg schwere Werkstücke, kleinere und weniger massige Teile bearbeitet sie auf einem Zweifach-Schwenkrundtisch von je 280 mm im Pendelbetrieb. Rotiert wird die A-Achse in dieser Version mit 50 min-1. Ein kräftiges Drehmoment und Hauptspindeldrehzahlen von 10000, 18000, 28000 und 40000 min-1 bieten die nötigen Touren für die High-Speed-Zerspanung. Wie ihre Vorläufer ist die C 40 U dynamic aufgebaut als modifiziertes Gantry. Diese Hermle-eigene Konstruktion ist patentiert. Das Werkzeugmagazin fasst in der Standardausführung 38 Tools, lässt sich jedoch erweitern auf 123 und 250 Plätze. Die Span-zu-Span-Zeit beträgt 4,5 s. Fazit: Hermles Neue liegt mit ihren technischen Werten einstweilen klar über dem Standard der Branche. Ob sie es auch noch in fünf Jahren sein wird, ist wenig wahrscheinlich, schließlich folgen Entwicklungen in immer kürzeren Abständen.
Um mehr Dynamik und bessere Oberflächen geht es bei der Soltauer Albrecht Röders GmbH in Halle 16, Stand B67. Die Maßnahmen dazu liegen auch hier in der Optimierung einer gleichbleibenden Bauweise. So hat das Unternehmen sein neues Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum RHP 800 in den Hauptachsen mit Linearmotoren ausgerüstet. Weil die Vorteile dieser Antriebe sich jedoch mit konventionellen Kugel- oder Rollenführungen nicht ausreichend ausnutzen lassen, wurden bei der RHP 800 reibungsfreie hydrostatische Führungen vorgesehen. Diese verteuern die Maschine zwar, eröffnen laut Hersteller in Kombination mit den Linearmotoren jedoch neue Qualitätsmerkmale. So gehörten Umkehrfehler der Vergangenheit an, Kreise würden bei der Bearbeitung erst-mals geometrisch einwandfrei gefräst, ohne die von „konventionellen“ Maschinen her bekannten vier Markierungen an den Quadrantenübergängen. Dass eine Maschine mit solchen Hochpräzisions-Features vom breiten Markt angenommen wird, ist wenig wahrscheinlich und auch kaum geplant. Vielmehr zielt Röders mit der RHP 800 auf Firmen des Formen- und Gesenkbaus ab.
Ein Plus an Dynamik über die Bauart zu erreichen, versuchen seit Mitte der 90er Jahre die Hersteller von Maschinen mit Stab- und Koppelkinematiken anstatt der traditionellen kartesischen Kreuzschlitten. Jeder ernsthafte Versuch, Serien-maschinen dieser Bauart im Markt zu platzieren, schlug bislang allerdings fehl.
Die Heckert GmbH, Chemnitz versucht nun einen neuen Anlauf (Halle 14, Stand A45). Auf der Metav 2000 hatte das Unternehmen sein mit Stab-kinematik ausgerüstetes Bearbeitungszentrum zunächst als Anschauungsmodell vorgestellt, sich Kritiken und Anregung eingeholt und die Maschine in der Folge überarbeitet. Die Neue hat mit dem zwei Jahre alten Vorgänger nur noch in Teilen zu tun. Auf der Basis eines Tripoden wird die Arbeitsspindel jetzt durch eine patentierte Koppelkinematik waagerecht im Raum bewegt. Alle translatorischen Verstellungen in den Achsen längs, quer und senkrecht von je 650 mm führt allein die Spindel mit dem Werkzeug aus. Das Prinzip, eine lineare Führung durch zwei Drehgelenke zu ersetzen, hat zum Wegfall genauigkeitsintensiver Baugruppen wie Ständer, Bett, Schlitten, Führungsbahnen, Support und deren Abdeckungen geführt.
Die Positionierung der Arbeitsspindel im Raum übernehmen drei längenveränderliche Achsmodule, die beidseitig kardanisch und sternförmig zwischen der Arbeitsspindel und dem Grundkörper der Maschine angelenkt sind. Die Module bestehen aus Servoantrieb, Kugelrollspindel, Kreuz- sowie Drehgelenken. Sie sind wassergekühlt und fettgeschmiert. Zwei Viergelenkketten der Koppelkinematik nehmen die Torsions-, Biege-, Zug- und Druckkräfte auf. Mit weniger Baugruppen, einer geringeren Masse und reduzierten Betriebskosten habe man ein Mehr an Dynamik und Stabilität erreicht, unterstreicht Hersteller Heckert. Als unmittelbaren Kundennutzen verspricht er eine Senkung der Stückkosten.
Diese Aussage ist schnörkellos und lässt kein Hintertürchen offen. Auch darin unterscheidet sich die Einführung der Maschine von bisherigen Ansätzen mit neuer Kinematik, bei denen es in erster Linie um den Nachweis der technischen Machbarkeit ging. Als Kerndaten der SKM 400 werden 650 mm Verfahrweg in den Hauptachsen genannt, 10 m/s² Beschleunigung auf 100 m/min Verfahrgeschwindigkeit, 31 kW Motorleistung bei 40 % Einschalt-dauer sowie 15000 min-1 an der Arbeitsspindel. Ins Ketten-magazin der Maschine passen 60 Werkzeuge bis 160 mm Durchmesser und 350 mm Länge. Die maximale Kantenlänge der Stahl- oder Aluminium-Werkstücke gibt Heckert mit 600 mm an.
Mit dem neuen Stangenbearbeitungszentrum DMC 60S versucht die Pfrontener Deckel Maho GmbH (Halle 16, Stand B23) ihren Wettbewerbern Hermle und der zur Chiron-Gruppe gehörenden Stama GmbH aus Schlierbach (Halle 15, Stand D21) den Markt streitig zu machen. Die Maschine bearbeitet kubische Werkstücke von maximal 1100 mm langen und 103 mm durchmessenden Stangen oder Profilen auf sechs Seiten. Sie hat fünf Achsen und bietet bei 40 % Einschaltdauer 28 kW Leistung an der Hauptspindel. Wie Hermle mit seinen Maschinen S100 und S65 sowie Stama mit der MC526, MC531 und MC535, nutzt Deckel Maho den simplen Umstand, dass sich rotationssymmetrisches Halbzeug ohne großen Aufwand in Standardaufnahmen spannen und handhaben lässt. Zwar unterstellen Marktstudien, dass 85 % der hier in Frage kommenden Werkstücke eine Diagonale beziehungsweise einen Durchmesser unterhalb von 80 mm haben. Der Pfrontener Hersteller ist jedoch überzeugt, dass dies eher einen Nachholbedarf des technischen Vertriebs anzeigt als eine reale wirtschaftliche Grenze.
Komplettbearbeitung von der Stange bietet auch das Bearbeitungszentrum Mill der Chiron Werke GmbH & Co. KG, Tuttlingen (Halle 16, Stand C21). Möglich wird dies durch einen um ±100° schwenk- und frei positionierbaren NC-Rundtisch, der sich mit werkstückspezifischen Spannmitteln bestücken lässt. Die Maschine kann so auch schwere Teile auf fünf Seiten simultan bearbeiten. Für das Schwenken von 0° bis 90° benötigt sie 0,5 s. Die X-Achse der Mill mit maximal 4500 mm, die Y-Achse mit 630 mm und die Z-Achse mit 715 mm Länge machen die Bearbeitung selbst sperriger Teile möglich. Die 22 kW starke Hauptspindel dreht mit 12000 min-1. Bedingt durch die Fahrständerbauart, ist die Dynamik unabhängig von der Masse des jeweiligen Werkstücks. Das Kettenmagazin mit 24 – auf Wunsch auch mit 80 – Tools ist im Fahrständer untergebracht, so dass die Werkzeugwechselzeit bei 1,5 s liegt. Eilgangsgeschwindigkeiten von 60 m/min sorgen dafür, dass die Span-zu-Span-Zeit 4 s nicht überschreitet.
Eine zusätzliche Achse hat auch die Mosbacher Hüller Hille GmbH (Halle 15, Stand D20) ihren Bearbeitungszentren NBH 95 und NBH 135 spendiert. Die Tisch-auf-Tisch-Lösung wird für Anwendungsfälle angeboten, bei denen die Zerspanung mit fünf Achsen wirtschaftlich Sinn macht.
Sie kann sowohl zur Vollinterpolation als auch zum Positionieren genutzt werden. Wie der Hersteller betont, ist die Anlage nicht nur für die klassische 5-Achsen-Bearbeitung interessant, sondern ermöglicht auch die Komplettbearbeitung in wenigen Spannungen. Wahlweise lassen sich eine oder beide Paletten der Maschinen mit dem Rundtisch der Fibro GmbH, Weinsberg, ausrüsten (Halle 13, Stand D32). Der kleinste Teilschritt beträgt 0,001°, der Schaltteller durchmisst 420 mm und verträgt radiale Belastungen bis 10000 Nm.
Die Nürtinger Gebr. Heller GmbH (Halle 15, Stand B23) stellt ihr Bearbeitungszentrum MCH 250 mit einem zusätzlichen Regalmagazin vor. Damit soll der bedienerarme Betrieb in der dritten Schicht möglich werden. Der Arbeitsbereich der Maschine ist 800 mm x 800 mm x 800 mm, die Antriebsleistung der Hauptspindel bei 40 % Einschaltdauer 72 kW. Der Hersteller bietet die MC 250 mit einer so genannten „optional speed configuration“ an. Der Unterschied liegt im Bereich von Sekundenbruchteilen. Beträgt die Span-zu-Span-Zeit hier 3,8 s, liegt sie in der Grundversion bei 4,1 s. Entsprechend unterscheiden sich auch die maximalen Drehzahlen von 12000 statt 6000 min-1 sowie die Achsbeschleunigung mit 7 statt 4 m/s² und die Eilgangsgeschwindigkeit, die nicht mehr bei 50 sondern bei 60 m/min liegt.
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