Feuer und Wasser für höchste Präzision

Jürgen Fürst Fachjournalist in Fellbach für GF Machining

„Mit unserer Grundlagenforschung zur Prozessverbesserung im Werkzeugbau bringen wir die eingesetzten Maschinen immer wieder an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit“, betont Dr. Wolfgang Boos, Geschäftsführender Gesellschafter der Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH (WBA). „Diese Grenzen können bei einer Maschine für die Großserienbearbeitung durchaus in häufig wechselnden Werkstücken liegen“, so der promovierte Ingenieur weiter. Beim Drahterodieren mit der eingesetzten Maschine Cut 2000 von GF Machining Solutions wird mit den Prozessparametern für Haupt- und Nachschnitte umfangreich gearbeitet, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Häufig geht es um Prototypen, Vorserienteile oder Demonstrationswerkzeuge. Und um die Zukunft, wenn beispielsweise für einen Automobilhersteller streng geheim neue Verfahren für Teile der übernächsten Fahrzeuggeneration erprobt werden. Ein optimaler Schnittspalt ist häufig das Ziel aller Anstrengungen.

Die Situation in der Maschinenhalle der WBA verblüfft den Betrachter zunächst, entspricht sie doch ganz und gar nicht dem gewohnten Anblick einer Produktionsumgebung. Was sich jedoch auf klinisch weißem Boden locker aufgestellt präsentiert ist die Crème de la Crème des Maschinenbaus für unterschiedlichste Bearbeitungsverfahren. Beim Drahterodieren setzt die WBA seit 2011 auf die Anlage des Schweizer Herstellers, dessen Deutschland-Zentrale in Schorndorf sitzt. „Wir schätzen die hohe Präzision der Maschine und die Wiederholgenauigkeit“, berichtet Mike Brinkmann, Technischer Betriebsleiter der WBA. Eine der Grundlagen dafür ist das durchdachte Kühlsystem der Cut 2000, das für eine hohe thermische Stabilität sorgt. Alle Komponenten, die Wärme abgeben, werden durch Wasserzirkulation gekühlt. Der Funkengenerator und alle Pumpen haben ihr eigenes Kühlsystem. Dadurch ist die gesamte Ausrüstung vor störenden Wärmequellen geschützt und eine Basis für wiederholgenaues Arbeiten mit hoher Präzision geschaffen.

Als zentrale Einrichtung für anwendungsnahe Auftragsforschung ist die WBA ein Vertrauenspartner des Werkzeugbaus und widmet sich den aktuell drängenden technologischen und organisatorischen Fragen. Gesucht werden Antworten, mit denen Unternehmen auf den gestiegenen Wettbewerbsdruck reagieren können, indem die Prozesse des handwerklich geprägten Werkzeug- und Formenbaus auf industrielles Niveau gehoben werden. Entwicklungstreiber sind dabei immer schneller und häufiger wechselnde Teile beziehungsweise Werkstücke, sowie kürzere Zeiten bis zum Produktionsstart (SOP) und das Ausschöpfen sämtlicher Potenziale zur Effizienzsteigerung.

Obwohl die Drahterodiermaschine Cut 2000 für den mannlosen Dauer- und Serienbetrieb geeignet ist, erleichtern einige Ausstattungsdetails den Betrieb auch bei häufig wechselnden Werkstücken oder Abtragsraten. So ermöglicht es ein einziges Drahtführungssystem, Drahtdurchmesser zwischen 0,05 und 0,30 mm zu nutzen. Dabei wird der Draht zuverlässig automatisch eingefädelt, indem er offen in einem Wasserstrahl geführt wird. Diese zuverlässig arbeitende Einfädelung wurde zwar hauptsächlich für den überwachungsfreien Langzeitbetrieb entwickelt, „sie hilft uns jedoch gerade auch bei häufig wechselnden Werkstücken oder Testverfahren außerordentlich“, bestätigt Brinkmann. Der innovative Drahtwechsler AWC (Automatic Wire Changer) wechselt den Drahtdurchmesser automatisch während der Bearbeitung. Damit kann zuerst mit einem dicken Draht – beispielsweise 0,2 oder 0,25 mm – geschnitten und anschließend automatisch zu einem dünnen Draht mit einem Durchmesser von 0,05, 0,07 oder 0,1 mm gewechselt werden. Dadurch lassen sich bis zu 30 % der Bearbeitungszeit einsparen. Ein weiterer Vorteil ist der absenkbare Arbeitsbehälter, der einen sehr guten Zugang und freie Sicht auf die gesamte Arbeitszone gestattet. Da lässt sich dann bei abgeflossenem Dielektrikum sofort auch die hohe Oberflächenqualität erkennen. Die ist mit Ra-Werten von 0,05 µm sehr gut und macht damit oftmals nachgelagerte Arbeitsschritte überflüssig. •

In aufwändiger Einzelfertigung entstehen bei GF Machining Solutions die hochpräzisen Bearbeitungszentren der Baureihe Mikron HSM LP Precision unter Verwendung handverlesener Bauteile. Auch bei hohen Achsbeschleunigungen sollen die Maschinen die Werkzeugbahn bei minimalem Regelrauschen präzise einhalten. Alle Linearachsen sowie die Rund-Schwenk-Einheit haben einen eigenen Kühlkreislauf. Zur hohen Temperaturstabilität trägt zudem das Opticool-Konzept mit einer Spindelnasen-Kühlung bei. Aus dem ausgeklügelten Kühlmanagement resultiert laut den Schweizern eine hohe geometrische Stabilität und Wiederholgenauigkeit. Die kleinsten Verfahrschritte, die die Maschinen ausführen können, liegen im Bereich von 100 nm.

Zur hohen Leistungsfähigkeit der Anlage tragen zudem Intelligent Tool Measurement (ITM) – eine optische Werkzeugvermessung bei voller Spindeldrehzahl – sowie die Software-Unterstützung des Bedieners über das Smart-Machine-Modul OSS Precision bei.

Als ein Beispiel für mögliche Hochpräzisionsbearbeitungen führt GF Machining das Glanzfräsen eines Reflektoreinsatzes aus CrVMo-Stahl an. Beim Finish-Prozess mit einem Restaufmaß von weniger als 10 µm wurden dabei auf der gesamten Werkstückoberfläche Ra-Werte von 0,02 µm erreicht – gemessen sowohl in Vorschub als auch in Bahnzustellrichtung. (hw) •