Drehmaschinen: Gehts vertikal wirklich schneller?

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Schleifen hat Zukunft

Das Schäldrehen ist ein sehr schneller Prozess. Es ist rund 5- bis 6-mal schneller als bisherige Drehvorgänge und 5- bis 8-mal schneller als konventionelles Schleifen und bringt eine ausgezeichnete Oberflächenqualität, ohne Drall.

Ein Innovationssprung gelang mit der Maschinenkonzeption VTC 315 DS, ein Allrounder in der Wellenbearbeitung in modularer Bauweise. Stabile Werkstücke werden in Schäldrehtechnologie bearbeitet, dünne, labile Teile über die Schleiftechnologie. Die Maschine eignet sich für mehrere hochwertige Fertigungsaufgaben, vor allem für Mittel- und Grossserien, und besteht aus Standardkomponenten.

Die VTC 315 DS kann sowohl als vollwertige Schleif- und Drehmaschine als auch als Kombinationsmaschine eingesetzt werden. Mit geringem Aufwand lässt sie sich zum Weichdrehen, Fräsen (mit Scheibenfräser), Bohren, Wälzfräsen, Hartdrehen, Schäldrehen, Schleifen und Unrunddrehen umrüsten.

Ein Fachreferat mit Vorführung zeigte, dass das Schleifen auf diesem Modell in CBN-Simultanschleiftechnik eine Reduzierung der Hauptzeit um bis zu 70% ermöglicht. Es ist die Technologie des Simultan- und Synchro-Stützschleifens mittels zweier Schleif-scheiben, die zu den kurzen Zeiten führt.

Konzept besticht

Das Konzept besticht. Single: 4-achsige Bearbeitung, duo: zwei Spannungen, drei Werkzeuge. Bei Einsatz eines Drehrevolvers: Beladung über Greifer im Revolver.

Das Drehen/Schleifen erfolgt mit einem Drehrevolver und einer Schleifspindel mit CBN-Schleifscheibe. «2x Schleifspindel» und CBN lautet das Rezept fürs Simultanschleifen, dazukommt eine NC-gesteuerte Stützlünette um Synchro-Stützschleif-Prozesse auszuführen.

200 Nm beträgt das Drehmoment des Werkstückspindelstocks. Die Durchmessermessung erfolgt nach dem Konzept der In-Prozess-Messung. Die Normalkräfte heben sich durch die Anordnung beiden gegenüberliegenden Schleifscheiben auf, was unter anderem kürzere Schleifzeiten ermöglicht. Insbesondere für schlanke Werkstücke ist das Synchro- Stützschleifen prädestiniert.

In einer Aufspannung bearbeiten

Das Bearbeiten einer Getriebewelle in Simultanschleiftechnik zeigte die hohe Flexibilität des Verfahrens. In nur 1,3 Minuten war das Schleifen der Lagerstellen abgeschlossen. Das Verfahren lässt hochaggressive Vorschübe zu und ermöglicht damit eine extreme Verkürzung der Bearbeitungszeit. Dieser Vorgang liess sich noch steigern.

Am Beispiel einer Kurbelwelle, in einer Aufspannung, wurden die Vorteile des Synchro-Stützschleifens mit zwei Schleifscheiben überzeugend vorgeführt. Pro Lager waren ganze 5 Sekunden nötig.

Da zwei Schleifscheiben gleichzeitig im Eingriff sind, tritt bei Wellen keine Durchbiegung auf. Das Schleifen einer Kurbelwelle mit Merkmalen wie verschieden kombinierbare Operationen, kein Umrüsten von In-Prozess-Messsteuereinrichtung, einfache Anbindung an existierende Automation usw. - veranschaulichte, dass mit diesem Konzept keine Wünsche offen bleiben. Das Emag-Fertigungssystem dürfte die «Schleifwelt» nachhaltig verändern.

Trends bei Verzahnungen

Neue Technologien und Trends in der Bearbeitung von Verzahnungen wurden beim sogenannten Schälwälzfräsen präsentiert. Die wichtigsten Merkmale: Flexibilität und Wandlungsfähigkeit von Produktionsmöglichkeiten.

Härten verursacht Verzug und folglich Qualitätsverluste. Das Schälwälzfräsen/Schne-ckenschälen gehärteter Verzahnungsteile ist ein Finish-Verfahren, um harte Verzahnungen mit höherer Qualität und besserer Oberflächengüte zu erreichen.

Hohe Oberflächenqualitätdurch Schälwälzfräsen

Beim Wälzfräsen/Schälwälzfräsen wird das Profil durch lineare Vorschubbewegung durch «Wälzen» erzeugt. Durch das Schälen lässt sich eine Qualität erzielen, die fast jener beim Schleifen entspricht. Mit dem Maschinentyp K 200 können Stirnräder und Schnecken weich vorgefräst und auf derselben Maschine mit dem Schälwälzfräsen (nach dem Einsatzhärten) hart nachbearbeitet werden. Auch durchgehärtete Rohlinge lassen sich verzahnen, was höchste Qualität bei sehr kurzen Bearbeitungszeiten ermöglicht. Anders gesagt: Ein kleiner (Fräs-) Kopf bewegt hier wahrlich Grosses.

Vorteile des Schälwälzfräsens

Vorteile des Schälwälzfräsens sind folgende: Erhöhen der Verzahnungsqualität, Verbesserung der Oberflächengüte, Reduktion des Schalldruckpegels von Getrieben. Die Präsentation - Stirnräder und Schnecken weich vorfräsen und auf derselben Maschine schälwälzfräsen - überzeugte auch Skeptiker. Schälfräsen ist nur möglich bei einer max. Härte von 60 HRC und einem max. Modul von 2,5 bis 3. Es können Verzahnungsqualitätsklassen 6-7 erreicht werden. Bei der Vorführung wurde in nur 31 Sekunden ein Pumpenritzel vorgefräst und schälwälzgefräst.

Vertikal geht's besser

Unter dem Motto «Von der Praxis - für die Praxis» ging es beim Schleifen, Verzahnen und Drehen vor allem um neueste Entwicklungen im Bereich der Zerspanung von präzisen Metallteilen.

Während der Live-Vorführung einer vertikalen Pick-up-Drehmaschine beeindruckte sie u.a. durch ihre schnellen Umrüstzeiten. Ob Grossserie, Kleinserie oder Einzelteil: Vergleichbare horizontale Maschinen ohne Automation haben daneben kaum eine Chance. Die Maschinen lassen sich wesentlich schneller rüsten als vergleichbare horizontale Maschinen ohne Automation.

Drehen und Schleifen in einer Maschine

Der Einsatz unterschiedlicher Technologien in einer Maschine, wie z.B. Drehen und Schleifen, führt zu einer wesentlichen Prozesskettenverkürzung mit allen Vorteilen für den Anwender wie geringere Investitions- und Stückkosten, schnellere Durchlaufzeiten, höhere Qualität am Werkstück bei höherer Prozesssicherheit. Die Frage nach den Standzeiten bei Mehrmaschinenbedienung stand im Raum. Anhand von Beispielen war bald einmal klar, warum es bei einem Stillstand herkömmlicher Maschinen oft auch zum Stillstand der zweiten Maschine kommt.

Die vertikale Fertigung bietet mehr. Man bedenke: Um mit Portalladern oder Robotern automatisiert fertigen zu können, muss man dreimal einrichten: Einrichten der CNC-Maschine und des Portalladers bzw. Roboters sowie Abgleichen der beiden Systeme. Eine vertikale Pick-up-Maschine ist eine CNC-Drehmaschine mit integrierter Automation mit nur einem Einrichtvorgang, ohne Schnittstellenprobleme, bei geringstem Platzbedarf.

Zwei Spindeln, fünf Achsen

Höchste Produktivität wird durch mehrspindlige 5-Achs-Simultanbearbeitung erreicht. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt ist der Einsatz der simultanen 5-Achs-Bearbeitung Stand der Technik. Für weitere Branchen eröffnen sich immense Möglichkeiten. Vor allem beim Bearbeiten von Turbinenschaufeln, Impellern, Blisks und Strukturteilen ist dieses Fertigungsverfahren vermehrt im Einsatz. Immer mehr Anwendungsfälle erschliessen sich im Fahrzeugbau.

Aufgrund der Erfahrungen der Emag-Spezialisten zeigt sich schnell, wo sich der Einsatz mehrspindliger 5-Achs-Simultanbearbeitung lohnt. Wichtige Merkmale: optimale Antriebstechnik mittels Linear- und Torqueantrieb, Zweiplatzkonzept um Nebenzeiten zu senken, Mehrspindligkeit um die Bearbeitungszeit pro Werkstück zu reduzieren. Invest eines Zweispindlers gegenüber zwei Einspindlern: rund 67%.

Was nicht unerheblich ist: Durch die vertikale Bauweise in Monoblock-Konstruktion wird ein optimaler Spänefall erreicht, was die Prozesssicherheit erhöht. Die Fertigung in zwei Spannlagen senkt die Be- und Entladungszeiten. Das Verfahren ist optimal für Trockenbearbeitung geeignet. Die Maschine benötigt gegenüber vergleichbaren Maschinen weniger Platz.

AutorRolf Dorner, Fachjournalist (BR), Redaktion SMM

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