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Drehmaschinen Mehrspindlige Zerspanungsstrategie eröffnet Produktivitätsvorteile

| Autor / Redakteur: Rüdiger Blum / Frank Fladerer

Hohe Flexibilität ist ein Merkmal von mehrachsigen Dreh- und Fräszentren. In Verbindung mit einem durchdachten mehrspindligen Maschinenkonzept können sie die Wettbewerbsfähigkeit eines Betriebes drastisch steigern. Eine intelligente Zerspanungsstrategie mit dem Einsatz von zwei Revolvern und zwei Arbeitsspindeln macht beliebig kombinierbares Drehen, Bohren und Fräsen möglich.

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Bild 1: Das modular aufgebaute Mehrachsen-Dreh-/Fräszentrum Biglia B 470YSM zeichnet sich unter anderem durch zwei sehr stabile Revolver aus, die mit einem speziellen, ebenso stabilen System für angetriebene Werkzeuge bestückt werden können.
Bild 1: Das modular aufgebaute Mehrachsen-Dreh-/Fräszentrum Biglia B 470YSM zeichnet sich unter anderem durch zwei sehr stabile Revolver aus, die mit einem speziellen, ebenso stabilen System für angetriebene Werkzeuge bestückt werden können.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Komplettbearbeitung eines Werkstücks auf einem CNC-Dreh-/Fräszentrum ist der Idealfall aus wirtschaftlicher Sicht. Sie lässt Folgebearbeitungen auf anderen Maschinen entfallen, sorgt für eine Reduktion der Bearbeitungszeit und damit höhere Produktivität. Eingespart werden zusätzliche Spannmittel und Vorrichtungen, aber auch Rüstaufwand, den jede Umspannung voraussetzt. Der damit einhergehende Genauigkeitsverlust sowie der erhebliche Aufwand für das Planen der Maschinenbelegung und des Personals werden vermieden. All das sind Vorteile, die in Zeitgewinn und höherer Qualität zu Buche schlagen.

Die Vorteile der Komplettbearbeitung auf einen Blick:

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  • reduzierte Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten,
  • nur eine Maschinenbelegung ist erforderlich,
  • einfachere Personalplanung,
  • Einsparung bei Spannmitteln und Vorrichtungen,
  • kürzere Durchlaufzeiten,
  • weniger Ausschuss,
  • höhere Genauigkeit und Oberflächengüte.

Ein solider Maschinenaufbau ist für ein CNC-Dreh-/Fräszentrum, das mit Haupt- und Gegenspindel sowie mindestens zwei unabhängigen Revolvern ausgestattet sein muss, von großer Bedeutung. Darüber hinaus müssen stabile Revolver mit einer hochpräzisen Direktaufnahme vorhanden sein.

Ein aktuelles Entwicklungsbeispiel für eine solche Maschine ist die Biglia B 470YSM (Bild 1). Dabei handelt es sich um ein modular aufgebautes Mehrachsen-Dreh-/Fräszentrum mit zwei Arbeitsspindeln und zwei Revolvern mit jeweils zwölf Werkzeugstationen (Bild 2). Jeder Platz kann doppelt bestückt werden, so dass bis zu 48 Werkzeuge eingesetzt werden können. Die sehr genau gefertigten rotierenden und feststehenden Werkzeugaufnahmen reduzieren den Rüstaufwand gegenüber VDI-Haltern enorm (Bild 3). Die rotierenden Werkzeuge zeichnen sich durch ein sehr hohes Drehmoment von 47/70 Nm aus. Damit lassen sich unter anderem Gewinde bis M16 in Stahl schneiden. Beim Fräsen erreicht die Werkzeugmaschine eine Zerspanleistung von bis zu 350 cm³/min.

Eine Besonderheit der Maschine ist die absenkbare Gegenspindel, die das simultane Bearbeiten an beiden Spindeln in unterschiedlichen Ebenen ermöglicht. Dadurch können auch lange Bohrwerkzeuge weitgehend ohne Kollisionsgefahr zum Einsatz kommen. Das Prinzip der absenkbaren Gegenspindel hat noch einen weiteren Vorteil: Die Biglia B 470YSM ist deutlich kürzer und kompakter gebaut als vergleichbare Mehrachsen-Drehzentren, was bei den oft knappen Platzverhältnissen in der Fertigung von Bedeutung ist.

CNC-Steuerung der Serie 18i von Fanuc GE kommt bei mehrspindliger Zerspanung zum Einsatz

Um die Herausforderung einer einfachen Programmierung von einer Maschinen mit zwei Spindeln und zwei Revolvern zu meistern, wird die CNC-Steuerung der Serie 18i von Fanuc GE eingesetzt, die über die bedienerfreundliche Werkstattprogrammiersoftware Manual Guide i verfügt. Die CNC stellt zwei Kanäle zur Verfügung; die Programme für die beiden Kanäle werden über M-Funktionen miteinander verknüpft.

Klassische Einsatzgebiete von mehrspindligen Dreh-/Fräszentren sind Gehäuse und andere komplexe konische oder runde Teile (Bild 4), die bei der Biglia B 470YSM mit einem Durchmesser bis 80 mm von der Stange abgearbeitet werden können. Einlegeteile können bis zu 210 mm Durchmesser aufweisen. In der Regel wird die Vorderseite dieser Werkstücke auf der Hauptspindel bearbeitet, das Teil an die Gegenspindel übergeben und abgestochen. Dort erfolgt die Rückseitenbearbeitung, ehe ein integriertes Entladesystem das fertige Bauteil hauptzeitparallel entnimmt und beispielsweise auf einem Förderband ablegt.

Komplettbearbeitung reduziert Gesamtzeit bei Flanschherstellung erheblich

Durch eine harmonisch aufeinander abgestimmte, möglichst gleichlange Bearbeitung an Haupt- und Gegenspindel lässt sich der größtmögliche Nutzen in Form extrem kurzer Bearbeitungszeiten erzielen. Die idealen Losgrößen liegen in der Komplettbearbeitung auf CNC-Dreh-/Fräszentren wie der Quattro-Baureihe von Biglia etwa zwischen 50 und 1000 Stück. Ab welchen Stückzahlen im Detail optimierte Einzelprozesse Zeitvorteile generieren, hängt vom Komplexitätsgrad der Werkstücke ab. Dafür gibt es keine Standardformel, sondern das muss individuell ausgearbeitet werden.

In einem realen Beispielfall wurde ein Präzisionsflansch aus Rohteilen des Werkstoffs 42CrMoS4V früher als Sägeabschnitt in mehreren Aufspannungen auf verschiedenen Maschinen bearbeitet. Es wurde gesägt, gefräst und gebohrt, dann gedreht und nochmals gefräst und gebohrt. Die Gesamtbearbeitungszeit lag bei 41 min. Durch die Komplettbearbeitung auf der Biglia B 470YSM ist es gelungen, die Gesamtzeit auf 17 min zu verkürzen und die Prozesssicherheit zu erhöhen.

Optimierte Fertigung auf einem Drehzentrum Biglia B 470YSM mit zwei Arbeitsspindeln

Das beispielhafte Bauteil ist ein komplexer Präzisionsflansch mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit. So darf die Rundlaufabweichung von Vorderseite zu Rückseite 0,02 mm nicht überschreiten – was bei der Komplettbearbeitung durch die winkelsynchrone Übergabe auf die Gegenspindel vereinfacht wird. Auch die geforderte Rechtwinkligkeit und Symmetrie liegt bei 0,02 mm. Des Weiteren sind Passungen an Bohrungen und Flächen einzuhalten. Diesen Vorgaben kommen die Stabilität der Maschine und ihrer Werkzeuge entgegen sowie die Möglichkeit, die Bearbeitung ohne Umspannen ausführen zu können.

Die optimierte Fertigung erfolgte von einer 65-mm-Stange auf einem Drehzentrum Biglia B 470YSM mit zwei Arbeitsspindeln und zwei Revolvern mit Y-Achse. Das Werkstück konnte komplett in den vorgegebenen Toleranzen gratfrei in 17 min gefertigt werden. Die Verkürzung der reinen Bearbeitungszeiten und der Gesamtdurchlaufzeiten im Betrieb ermöglicht einen hohen Auslastungsgrad der Maschine und damit eine Amortisation der Investition innerhalb von weniger als zwei Jahren.

Geeignete Werkstücke für die Mehrachsen-Dreh- und -Fräsbearbeitung finden sich überall, wo Feinmechanik gefragt ist und komplexe Bauteile benötigt werden – also zum Beispiel in der Gehäusebearbeitung, im Apparatebau, in der Medizintechnik und ähnlichen Bereichen.

Ein wichtiges Merkmal, damit sich die Investition optimal rentiert, ist der Service des Anbieters. Um die Vorteile in der Praxis schnellstmöglich nutzen zu können, empfiehlt sich zusätzlich zur Schulung der Mitarbeiter durch den Maschinenanbieter auch eine vorübergehende Produktionsbegleitung. In dieser Zeit können die Bediener in einer Art Coaching-Verfahren in die neue Technik eingeführt werden. Auch die Betreuung in der Zeitdanach sollte bedacht werden.

Rüdiger Blum ist Geschäftsführer der Teamtec CNC-Werkzeugmaschinen GmbH in 63755 Alzenau, rblum@teamtec-gmbh.de

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