Rüstzeiten-Reduzierung Lineartaktmaschine bearbeitet Gehäuse in einer Aufspannung

Autor / Redakteur: Torsten Tönshoff / Rüdiger Kroh

So wie Wasserzählergehäuse erfordern zahlreiche Werkstücke die Bearbeitung von zwei oder drei Richtungen. Wenn dazu kurze Rüstzeiten gefordert sind, ist eine neue Lineartaktmaschine eine wirtschaftliche Lösung. Sie ermöglicht die gleichzeitige Bearbeitung aus zwei oder drei Richtungen.

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Am Beispiel der Bearbeitung von Wasserzählergehäusen wird das Konzept einer neuartigen, spanenden Werkzeugmaschine erläutert. Die Maschine mit der Bezeichnung AFL (steht für Achtung, fertig, los) ermöglicht die wirtschaftliche Fertigung von Zwei- oder Dreiwegeteilen in einer Aufspannung.

Lineartaktmaschine ermöglicht hohe Produktionsleistung

Das Werkstück ruht während des Spanens. Durch die gleichzeitige Bearbeitung aus zwei oder drei Richtungen ist die Produktionsleistung hoch. Das Werkstück wird linear durch zwei oder drei Stationen getaktet.

Bildergalerie

Die Lineartaktmaschine ist insbesondere wirtschaftlich für die Fertigung von mittleren bis großen Serien. Für derartige Serien sind einspindlige Bearbeitungszentren häufig nicht leistungsfähig genug, hochproduktive Rundtaktmaschinen jedoch vielfach zu aufwendig und zu wenig umrüstfreundlich. Zwischen einspindligen Bearbeitungszentren und Rundtaktmaschinen liegt das Feld der Wirtschaftlichkeit der AFL-Lineartaktmaschine.

Bearbeitung aus drei Richtungen in zwei Stationen mit Lineartaktmaschine möglich

Wasserzählergehäuse (Bild 1) erfordern die Bearbeitung aus drei Richtungen in zwei Stationen. Das gegossene oder gepresste Rohteil wird in der vorderen Station der Lineartaktmaschine auf einen Schlitten gespannt.

In dieser Station arbeiten von links, rechts und von oben je eine Spindel. Die Spindeln sind in Pinolen gelagert. Servoantriebe und Kugelumlaufspindeln treiben die Pinolenvorschübe an.

Die rotierenden Spindeln tragen die Werkzeuge. Der Werkstückträgerschlitten taktet das Teil nach Beendigung der Operationen in der vorderen Station nach hinten, wo wieder je eine Spindel in jeder der drei Richtungen angeordnet ist.

CN-gesteuerter Plandrehkopf erspart Sondermesskopf in der Lineartaktmaschine

Die Bearbeitung in der vorderen Station ist in Bild 1 unten dargestellt. Links und rechts werden die Anschlüsse gebohrt und überdreht oder angefast. Um einen vielschneidigen Sondermesserkopf zu vermeiden, kommt von oben ein CN-gesteuerter Plandrehkopf zum Einsatz (Bild 2 – siehe Bildergalerie).

Das Schneidwerkzeug wird schnellwechselbar auf dem Planschieber des Kopfes aufgenommen. Die radiale Bewegung des Planschiebers (U-Achse) interpoliert mit dem Pinolenvorschub (Z-Achse).

Software in der Lineartaktmaschine ersetzt Spezialwerkzeuge

Damit lassen sich beliebige Rotationsformen durch Programmierung herstellen: Software ersetzt Spezialwerkzeuge. Die Kinematik einer Drehmaschine wird durch den Plandrehkopf ins rotierende System übernommen.

Nach der Bearbeitung in der vorderen Station fährt der Werkstückträgerschlitten mit dem gespannten Teil in die hintere, wo von links, rechts und oben die Außengewinde geschnitten werden. Generell ist Gewindeschneiden und -bohren mit Schneideisen oder Gewindebohrer im starren Halter möglich.

Schwierige Werkstoffe, gasdicht-kegelige Gewinde oder Gewinde hinter einem Bund können mittels Plandrehkopf auch gestrehlt werden. Die Stückzeit für dieses Wasserzählergehäuse aus gegossenem Messing liegt bei 37 s.

Lineartaktmaschine kann mit drei Spindeln aus jeder Bearbeitungsrichtung ausgestattet werden

Die für diese Bearbeitung ausgelegte Lineartaktmaschine verfügt über zwei Stationen mit je drei Spindeln. Möglich ist der Ausbau auf drei Spindeln aus jeder Bearbeitungsrichtung. Die Version mit insgesamt drei Spindeln je von links und rechts sowie zwei Spindeln von oben eignet sich zur Fertigung von Wasserzählergehäusen vom Typ Einstrahlzähler.

Die Zentrale des Einstrahlzähler-Gehäuses (Bild 3) und die Anschlüsse links und rechts werden in der vorderen Station mit kombinierten Werkzeugen von links, rechts und von oben bearbeitet. In der mittleren Station werden von links und rechts die Außengewinde geschnitten. Ein CN-gesteuerter Plandrehkopf dreht von oben zunächst innen aus und plant dann den Boden des Teils, wobei am Ende des Planhubs außen und innen eingestochen wird.

Einstrahlzähler weisen schräge Bohrungen auf, deren Lage zur zentralen Hauptbohrung des Teils eng toleriert ist. Um auch diese Bohrungen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Genauigkeit in einer Aufspannung zusammen mit der übrigen Bearbeitung zu fertigen, wird das Werkstück auf einem Schwenktisch gespannt.

Lineartaktmaschine bearbeitet Einstrahlzählergehäuse in 53 s

Wenn um beliebige Winkel geschwenkt werden muss, wird der Tisch über einen eigenen Servomotor CN-gesteuert geschwenkt. Die schrägen Anschlüsse des Einstrahlzählergehäuses werden nacheinander in die Bearbeitungsachse geschwenkt und bearbeitet. Die Stückzeit für das Einstrahlzählergehäuse aus Pressmessing liegt bei 53 s.

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Häufig erfordern Werkstücke die Bearbeitung nur von links und rechts, wobei die Bearbeitungsachsen fluchten oder versetzt zueinander sein können. Dafür bietet sich die neue Lineartaktmaschine in Zweiwegeausführung an, wobei auf die Spindeln von oben verzichtet wird.

Spindelkästen der Lineartaktmaschine schnell verstellbar

Die seitlichen Spindelkästen sind manuell in der horizontalen Ebene zweiachsig schnell verstellbar. Über die gleiche Verstellbarkeit verfügen Spindelkästen von oben in der vertikalen Ebene, in der die Spindelachsen liegen. Die dritte, hintere Spindel in jeder der drei Bearbeitungsrichtungen ist zudem senkrecht zu den genannten Ebenen, also insgesamt 3-achsig, manuell verstellbar.

Die Werkzeughalter sind auf den Spindelnasen manuell wechselbar, ebenso die Meißelhalter auf den Planschiebern der Plandrehköpfe und die Spannbacken zur Aufnahme der Werkstücke auf dem Trägerschlitten oder dem Schwenktisch. Der Wechsel der Werkzeuge und Spannbacken erfordert jeweils weniger als 30 s.

Lineartaktmaschine auf schnelles Umrüsten ausgelegt

Drehzahlen, Vorschübe und Vorschubwege in Z- sowie gegebenenfalls in U-Richtung sind im Werkstück-Bearbeitungsprogramm definiert. Damit ist von einer durchschnittlichen Umrüstzeit einschließlich Säuberung des Arbeitsraums, Probebearbeitung und Korrektur von realistisch etwa 20 min auszugehen.

Die Tabelle (siehe Bildergalerie) mag anhand der Bearbeitung von Wasserzählergehäusen beiderlei Typs die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschine AFL im Vergleich mit einspindligen Bearbeitungszentren und Rundtaktmaschinen verdeutlichen. Die werkstückbezogene Programmierung der Lineartaktmaschine ist denkbar einfach, da jede Spindel separat und lediglich in der Z-Achse programmiert wird. Zweiachsige Programmierung, nämlich in Z- und U-Richtung, ist bei Einsatz eines Plandrehkopfes erforderlich.

Umfangreiches Zubehörprogramm für Lineartaktmaschine

Erweiterungen einer anfangs reduzierten Ausstattung, zum Beispiel durch weitere Spindeln oder die dritte Bearbeitungsrichtung (von oben), sind jederzeit auch nachträglich möglich. Umfangreiches Zubehör steht ebenfalls zur Verfügung. Beispiele dafür sind die Werkzeugköpfe:

  • der CN-Plandrehkopf,
  • ein Hinterstechkopf, zum Beispiel für einfache Gewindefreistiche,
  • ein Plandrehkopf mit schrägem Schieber, zum Beispiel für Keilschiebergehäuse,
  • ein Revolverkopf, um mehr Werkzeuge zur Verfügung zu haben und
  • ein Bohrkopf mit CNC-querverfahrbarer Bohrerachse, um Lochbilder abzufahren.

Bei den Werkstückspannmitteln besteht die Auswahl zwischen dem Schwenktisch, einem zentrisch spannenden 2-Backen-Futter und Spannzangeneinrichtungen. Zur Automatisierung können ein Handhabungsgerät oder ein Roboter mit Magazin zur Werkstückhandhabung eingesetzt werden.

Dr.-Ing. Torsten Tönshoff, Tönshoff Maschinen und Service GmbH in 44388 Dortmund

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