Fräsmaschinen Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit optimiertem Schwingungsverhalten

Redakteur: Frank Fladerer

Lange vorbei sind die Zeiten, als Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) noch ein riskantes Abenteuer darstellte. Mittlerweile ist HSC wegen seiner Effizienz in zahlreichen Industriesektoren zum Synonym für eine hohe Produktivität geworden. Damit einhergegangen ist eine gesteigerte Erwartung in Bezug auf Maschine und Peripheriegeräte.

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Bild 1: Für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt: das Fräszentrum Mikron XSM 400 von Agie-Charmilles. Bild: Agie-Charmilles
Bild 1: Für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt: das Fräszentrum Mikron XSM 400 von Agie-Charmilles. Bild: Agie-Charmilles
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein zentrales Merkmal bei der HSC-Bearbeitung ist das Schwingverhalten der Werkzeugmaschine. Die GF Agie-Charmilles setzt bei ihren neuen Referenz-Fräsmaschinen auf einen Sockel aus Polymerbeton. Dieser verleiht den Maschinen mit ihrer Portalstruktur eine hohe Steifigkeit und hervorragende Dämpfung, die nach Herstellerangaben sechsfach höher als die Dämpfung von Grauguss ist. Dadurch wiederum können die Vibrationen beim Bearbeitungsprozess minimiert werden.

Reduzierte Schwingungen ermöglichen längere Lebensdauer der Werkzeuge

Eine Folge der reduzierten Schwingungen ist eine längere Lebensdauer der Werkzeuge und eine bessere Oberflächenqualität. Der Sockel soll dem gesamten System durch sein hohes Gewicht und seine Massivität ein optimales Verhältnis zwischen der beweglichen und statischen Masse verleihen.

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Basis der neuen Bearbeitungszentren Mikron XSM 400 (Bild 1) und Mikron XSM 400U ist das bewährte Konzept der aktuellen HSM- und XSM-Baureihen. Sie wurden für das Drei-, Vier- und Fünf-Achs-Hochgeschwindigkeitsfräsen optimiert. Dabei wurden vor allem Achsenantriebe, Bewegungsführung sowie die Kompensation von Restabweichungen verbessert. Verändert wurden auch die Vorrichtungen für das Kühlmittel- und Spänemanagement sowie die Werkzeug- und Palettenwechselsysteme.

Einsatz im Werkzeug- und Formenbau und bei Kleinserien

Konzipiert wurden die vertikalen Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren einerseits für den Werkzeug- und Formenbau, andererseits auch für den Einsatz in der Mittel- und Kleinserienproduktion hochwertiger Teile. Modularer Aufbau, geringe Standfläche der Maschine sowie eine platzsparende Gestaltung der Werkzeug- und Palettenwechseleinheiten und der Vorrichtungen für das Kühlmittel- und Spänemanagement waren Ziele bei der Umgestaltung.

Entscheidend für die Bearbeitungsleistung einer Werkzeugmaschine ist die Leistung der Arbeitsspindel. Welche Spindel für eine optimale Bearbeitungsleistung gewählt wird, hängt vom Anwendungsfall ab. Hier setzt die GF Agie-Charmilles auf die Zusammenarbeit mit dem konzerneigenen Spindelhersteller Step-Tec, der Hochfrequenzspindeln mit bis zu 54 000 min-1 anbietet (Bild 2). Ferner sind Arbeitsspindeln mit 30 000 und 42 000 min-1 verfügbar.

Die Vorschubgeschwindigkeit in X-, Y- und Z-Richtung beträgt 80 m/min. Als Verfahrwege sind bei der Mikron XSM 400 in der X-Achse 400 mm, in der Y-Achse 450 mm sowie in der Z-Achse 350 mm möglich. Bei der Mikron XSM 400U sind es in der X-Achse 500 mm, in der Y-Achse 240 mm sowie in der Z-Achse 350 mm.

Nur optimale Koordination schöpft Leistungspotenzial von Bearbeitungszentren aus

Wichtig für die Ausschöpfung des Leistungspotenzials bei einem Bearbeitungszentrum ist die optimale Koordination aller Elemente. Sowohl die numerische Steuerung als auch die Linear- und Drehachsen müssen über eine ausreichend hohe Dynamik verfügen, damit sie das Gesamtsystem nicht verlangsamen.

Um dieses Potenzial bestmöglich auszunutzen, setzt der Hersteller Rundschwenktische aus seinen eigenen Werkstätten ein. Alle Achsen werden mit Torque-Motoren, also getriebelosen Direktantrieben mit hohen Drehmomenten und kleinen Drehzahlen, angetrieben. Optische Drehgeber sorgen für eine Direktmessung der Winkelpositionen.

Zu den Standard-Modulen der Bearbeitungszentren gehören darüber hinaus hydraulische Spannvorrichtungen, eine Flüssigkeitskühlung und ein integriertes Palettiersystem. Zwischen 18 und 68 Werkzeuge, je nach Ausführung, beträgt die Kapazität des Werkzeugmagazins (Bild 3).

Steigende Anforderungen an Maschinengehäuse

Bei der Umgestaltung sollten eine gute Zugänglichkeit und die Sichtbarkeit des Bearbeitungsprozesses gewährleistet werden. – Hier kommt das Maschinengehäuse ins Spiel. Es sollte bei der neuen Serie ergonomisch gestaltet sein, maximale Sicherheit gewährleisten und zugleich optisch angenehm auffallen.

Sowohl in der „Stand-alone“-Ausführung als auch in der automatisierten Konfiguration war eine möglichst gute Zugänglichkeit gefragt. Das Öffnen einer einzigen Tür ermöglicht von zwei Seiten den Zugang zum Arbeitstisch. Beim Öffnen wird gleichzeitig ein Teil des Kabinendachs verschoben, um den Transport schwerer Werkstücke mit Hilfe eines Krans zu ermöglichen.

Um eine gute Sicht auf den Bearbeitungsprozess sicherzustellen und ein rasches Einrichten zu fördern, verfügt die Haupttür über ein großzügig dimensioniertes Fenster aus Sicherheitsglas, das auch seitlich aus mehreren Blickwinkeln einen guten Einblick ermöglicht.

In das Seitenpaneel des Gehäuses ist ein weiteres Fenster integriert, durch das direkte Sicht auf den Spindelkopf möglich ist. Operationen, die ein Schwenken des Tischs nach vorne erfordern, sollen sich durch dieses Fenster gut verfolgen lassen können.

Neue Konzepte für Arbeit an Bearbeitungszentren

Für die praktische Arbeit mit den Bearbeitungszentren hat das Unternehmen das bereits erprobte „Smart-Machine“-Konzept weiterentwickelt. Ziel des Bedienkonzeptes ist es, Intelligenz in den Fräsprozess zu bringen. Verschiedene hauseigene Module sollen auf Basis einer Heidenhain-Steuerung eine umfassende Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglichen und dem Bediener die Informationen zur Verfügung stellen, die er zur Beurteilung des Fräsprozesses benötigt. Darüber hinaus soll der Bediener bei der Optimierung des Fräsprozesses unterstützt werden. Aber auch die Maschine selbst optimiert den Fräsprozess, um die Qualität des Werkstücks, zum Beispiel bei mannlosem Betrieb, zu verbessern.

Jedes der Module erfüllt eine konkrete Aufgabe. Wie aus einem Baukasten kann der Anwender die Module auswählen, die ihm für die Verbesserung seines Prozesses am sinnvollsten erscheinen – Bearbeitungszeiten, Präzision, Oberflächengüte und Rentabilität des Produktionsprozesses können dabei im Vordergrund stehen.

Ein Beispiel ist das Modul ITC (Intelligent Thermal Control), das einen Ausgleich der produktionsbedingten thermischen Einflüsse sicherstellen soll. Die APS(Advanced-Process-System)-Analyse macht Vibrationen sichtbar, die beim Fräsprozess entstehen. Insgesamt führt der Hersteller acht solcher Module auf. Dieses Jahr wird die Palette speziell für die XSM-Modelle erweitert, und zwar um das Bearbeitungszellen-Verwaltungssystem Sigma FMC.MM

Weitere Informationen: Agie Charmilles GmbH

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