Zerspanen

Hochdynamisches Bearbeitungszentrum

Um im Wettbewerb mit ausländischen Billiganbietern bestehen zu können, sind Ideen und Technologien zur Kostensenkung überlebenswichtig. Gefragt sind Methoden, die Produktionsanlagen intensiver ausnutzen, Personalkosten reduzieren und Stückkosten senken. Wie durch Überlegung und enge Zusammenarbeit mit dem Kunden den “Billigheimern” entgegen getreten werden kann, zeigt der Chemnitzer Werkzeugmaschinenbauer StarragHeckert mit seinem Waagerecht-Bearbeitungszentrum HEC 500 D XXL.

Die frühe Einbindung der Anwender in die Entwicklung des Bearbeitungszentrums war Voraussetzung für seinen Erfolg. Anforderungen wurden herausgearbeitet, Lösungsansätze diskutiert, Kosten und Nutzen beurteilt – um eine hochproduktive Werkzeugmaschine zum bestmöglichen Preis zu erhalten. Für die Fertigung von Automotive-Teilen (Zylinderköpfe, Zylinderkurbelgehäuse, Getriebegehäuse u.a.) stellt das Bearbeitungszentrum ein hervorragendes Produktionsmittel dar. Hohe Verfügbarkeit, Langzeitgenauigkeit und Flexibilität bei der Umstellung des Teilesortiments sind nur einige Merkmale. Ein großes Einsatzgebiet liegt in der Fertigung von Motor- und Getriebeteilen für 4-Zylinder-Reihenmotoren in großen Stückzahlen. Ziel der Entwicklung war es, die Bearbeitungszeit für die Herstellung dieser Teile deutlich zu senken.

Großes Potential bei der Kostenreduktion wurde in der Senkung der Nebenzeiten (Werkzeug- und Palettenwechsel, Positionierbewegungen) erkannt. Die einfachste Senkung der Nebenzeit besteht darin, sie gar nicht erst entstehen zu lassen! Aus diesem Ansatz heraus entstand die Idee, zwischen zwei Werkzeug- oder Palettenwechseln mehr als bisher zu fertigen. Logische Konsequenz: Mehrstückspannung!

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Mehr Teile benötigen freilich mehr Platz. Daher wurde der Arbeitsraum der HEC 500 D XXL „aufgebohrt”. Werkstück-Störkreiskonturen bis 1000 mm Durchmesser und eine Belademasse bis 800 kg können problemlos und ohne Reduzierung der Dynamik im üppig dimensionierten Arbeitsraum realisiert werden. Dies reicht, um zwei Zylinderkurbelgehäuse eines Reihenvierzylindermotors aufzunehmen (herkömmliche Bearbeitungszentren verkraften nur eins). Ähnlich verhält es sich mit anderen Werkstücken: durchschnittlich können doppelt so viele Teile auf einer Palette gespannt werden. Zusammen mit dem direkt angetriebenen Drehtisch und der hohen Dynamik in den Linearachsen werden kürzeste Positionierzeiten erreicht. So ist es möglich, die Anzahl der Werkzeug- und Werkstückwechsel pro Teil zu halbieren. Im gleichem Maße werden auch die erforderlichen Spindelhochlauf- und Spindelabbremszyklen reduziert. Das senkt die Belastung und somit den Verschleiß der Baugruppe.

Ein weiterer Vorteil liegt in den optimierten Bedienabläufen. Oft werden die Maschinen ohne automatische Werkstückbeschickung betrieben. Dabei betreut ein Bediener mehrere Bearbeitungszentren. Durch die Mehrstückspannung hat er zwar länger mit dem Be- und Entladen der Vorrichtung zu tun, dafür aber seltener. Ergebnis: Weniger pendeln zwischen den Maschinen.

Ein weiterer Ansatz zur Senkung der Bearbeitungszeit ergibt sich aus der konsequenten Ausnutzung der verfügbaren Leistungsparameter der Werkzeuge. Zusammen mit immer besseren Kühlschmierstoffen sind die möglichen Schnittgeschwindigkeiten stetig gestiegen. Dieser Fortschritt verlangt immer leistungsfähigere Spindeln. Kurze Beschleunigungs- und Abbremszeiten bei hohem verfügbaren Moment sind Voraussetzung für eine effiziente Fertigung.

Besonderes Highlight in der Optionsliste ist die „Aluminium-Spindel”. Diese Spindel mit einer maximalen Drehzahl von 20000 U/min ist optimal für die Bearbeitung von Aluminium, Magnesium und anderen Leichtmetallen ausgerichtet. Mit ihr steht die höchste Drehzahl bereits in weniger als einer Sekunde zur Verfügung. So werden die hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten bei der Positionierung nicht durch das Warten auf das Erreichen der programmierten Spindeldrehzahlen wieder „aufgefressen”.

Für die Automatisierung ist die HEC 500 D XXL gut gerüstet. Die optionale Spannhydraulik erlaubt es, eingelegte Werkstücke automatisiert zu spannen. Hierzu stehen sechs hydraulische Koppelstellen bereit, so dass auch Folgespannungen mit unterschiedlichen Drücken realisiert werden können. Der Hydraulikdruck kann dabei frei programmiert werden und erreicht Werte bis zu 240 bar. So können auch modernste Vorrichtungskonzepte umgesetzt werden.

Weitere Voraussetzungen für die Automatisierung: Gute Zugänglichkeit zum Spannplatz für die bedienerlose Werkstückbeschickung. Sie kann über Portalroboter von oben erfolgen oder durch einen zentralen Knickarmroboter, der sich zentral in einem Fertigungsnest befindet. Optional steht ein motorisch drehbarer Spannplatz zur Verfügung, so dass alle Seiten eines Spannturmes automatisiert beladen werden können. ms

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