Technologietrends aus Anwendersicht

Das Leistungspotential der HSC-Technik ist in den vergangenen Jahren von fast allen Betrieben erkannt worden. Die erzielbare drastische Reduzierung der Nacharbeit, verbunden mit höheren Genauigkeiten, wiegen bei effektiver Nutzung den hohen erforderlichen Investitionsbedarf mehr als auf. Die Entwicklung neuer Schneidstoffe und Beschichtungen ermöglicht die Zerspanung von metallischen Werkstücken mit Schnittgeschwindigkeiten, die bei wirtschaftlich sinnvollen Standzeiten um eine Zehnerpotenz größer sind als bei konventioneller Bearbeitung.

Aufgrund der deutlichen Zeitreduzierungen durch das HSC-Fräsen ¿ auch bei der Bearbeitung komplexer Geometrien, hat sich nicht nur der Nebenzeitanteil zur Bauteileinrichtung erhöht, sondern auch das Verhältnis von Programmierzeit zu Fräszeit zum Nachteil der NC-Programmierung verschoben. Aus diesem Grund muss bei Investitionsüberlegungen im Bereich HSC immer auch die Struktur des Umfeldes in Bezug auf Automatisierungsmöglichkeiten und ausreichende CAM-Kapazitäten betrachtet werden, um unliebsame und teure Maschinenstillstandzeiten zu verhindern. Vor dem gesamten Hintergrund der Entwicklungsschritte in der Frästechnik stellt das HSC-Fräsen letztlich nur ein Glied in einer langen Kette von evolutionären Technologieoptimierungen und revolutionären Technologiesprüngen dar.

Für die Zukunft stellt sich daher die Frage, was kommt nach diesem letzten großen Entwicklungssprung, in welchem Bereich ¿ Schneidstoffe, Prozesstechnologie, Datentechnik oder Maschinentechnik ¿ wird der nächste Schub ausgelöst. Die jeweilige Durchdringung mit einer neuen Technologieentwicklung im Fräsbereich ist eng an das unternehmensspezifische Umfeld eines Betriebs gekoppelt. Trotzdem oder gerade deshalb ist die Auseinandersetzung mit den verschiedenen Technologieentwicklungen von elementarer Bedeutung für den langfristigen Unternehmenserfolg, der im globalen Umfeld über preiswerte und schnelle Qualität ausgetragen wird. Um diese Problematik tiefer zu hinterfragen, hat das Fraunhofer IPT im Rahmen des Projekts »Dynamil II« eine Umfrage zu den Erfahrungen und Erwartungen mit der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung durchgeführt.

Erfahrungen und Erwartungen

Zuerst wurde der derzeitige Stand der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in den befragten Betrieben dargestellt. Die Auswertung unterscheidet dabei zwischen Serienfertigung und Einzelteilfertigung (Werkzeug- und Formenbau). Neben dem Mittelwert sind auch die extremen Antworten erfasst, um ein Gefühl für die Bandbreite zu vermitteln. Es zeigt sich, dass sich die Einzelteilfertiger aufgrund ihres hohen Flexibilitätsbedürfnisses deutlich früher mit der HSC-Technologie auseinandergesetzt haben. Demzufolge zeichnet sich hier derzeit ein leichter Trend zu universellen Maschinen anstatt zu reinen HSC-Maschinen in der Neubeschaffung ab. In der Serienfertigung ist der Trend zu HSC-Maschinen dagegen ungebrochen. Die Beherrschung der HSC-Technologie wird allgemein sehr hoch eingestuft.

Trotz der mit der HSC-Technologie bereits in der Vergangenheit erzielten Erfolge werden für die Zukunft weitere, deutliche Leistungssteigerungen in der Prozesstechnologie und den Maschinenkenngrößen Spindeldrehzahl und -leistung, sowie Achsgeschwindigkeit und -beschleunigung erwartet. Hier fällt zunächst auf, dass das Niveau der erwarteten Leistungssteigerungen insgesamt sehr hoch ist. So werden für die nächsten 10 Jahre durchschnittlich zwischen 40 und 70 Prozent Steigerung der entsprechenden Kenngrößen als realistisch angesehen. Während es hinsichtlich der technologischen Parameter Standweg und Schnittgeschwindigkeit keine nennenswerten Unterschiede zwischen Werkzeug- und Formenbauer und den Serienfertigern gibt, so driften die Meinungen zu den Maschinenkenngrößen weit auseinander. Die Werkzeug- und Formenbauer erwarten hier erheblich höhere Steigerungen, bei Achsgeschwindigkeit und -beschleunigung gar 72 Prozent im Durchschnitt.

Einen weiteren interessanten Aspekt in der Diskussion um die HSC-Technologie stellt die vielfach erwähnte explosionsartige Erhöhung der NC-Programmierzeiten dar. Die Auswertung zeigt, dass sich in den befragten Betrieben der Einzelteilfertigung das Verhältnis von NC-Programmierzeit zu Fräszeit pro Bauteil durch die Einführung der HSC-Technik nahezu umgekehrt hat. Reichte ohne HSC im Durchschnitt noch eine Stunde NC-Programmierung aus, um 2,5 Stunden zu Fräsen, so sind heute mit HSC 2,25 Stunden für die Erstellung der NC-Programme nötig, um die Maschine eine Stunde laufen zu lassen.

Auch in der Serienfertigung zeichnen sich ¿ bereinigt durch die Stückzahl ¿ erstaunliche Änderungen in den Zeitverhältnissen ab. Um so weniger ist es verwunderlich, dass sich bei der Frage nach den derzeitigen Defiziten in der HSC-Technologie ein differenziertes Bild ergibt. Die Serienfertiger wünschen sich hier eine verstärkte Ausdehnung der HSC-Techniken auf andere Fertigungsverfahren wie Reiben und Bohren, um die sehr aufwendigen Fertigungsprozessketten insgesamt zu optimieren und zu verkürzen. Demgegenüber wollen die Einzelteilfertiger im Werkzeug- und Formenbau eine optimale Integration der HSC-Technologie im Wechselspiel mit anderen Technologieträgern wie zum Beispiel Fräswerkzeuge und CAM, um eine ganzheitliche Verbesserung des Produktionsablaufs unter Berücksichtigung höchster Flexibilität zu erreichen.

Fazit

Als Kernaussage der Umfrageauswertung lässt sich festhalten, dass das Potenzial der HSC-Technologie noch nicht ausgeschöpft ist, sich aber in einem differenzierten Umfeld befindet. Für die Zukunft werden weitere erhebliche Leistungssteigerungen erwartet, an denen sich die jeweiligen Technologieträger, Fräswerkzeug- und Werkzeugmaschinenhersteller aber auch CAM-Anbieter, messen lassen müssen.

Unabhängig von der direkten Branchenzugehörigkeit ist ein weiterer Trend in der Frästechnologie erkennbar: Simulationstechniken gewinnen zunehmend an Bedeutung und lassen sich gar aus einigen Anwendungsbereichen nicht mehr wegdenken. Hier hat neben der reinen NC-Simulation insbesondere die Optimierung von NC-Programmen auf Basis von Eingriffsberechnungen im Vorfeld der Bearbeitung von dem Streben nach beständiger Prozess- und Qualitätsverbesserung profitiert. In diesem Bereich sind auch derzeitige Forschungsschwerpunkte angesiedelt, wie zum Beispiel in der Zerspansimulation oder in der Verbindung zu Virtual-Reality-Konzepten.

Links: http://www.ipt.fhg.de