Swissmem Zerspanungsseminar 2022: Fehlmann AG Fehlmann Versa: Hartfräsen inklusive Koordinatenschleifen

Von Matthias Böhm

Die Anforderungen, wirtschaftlich und präzise zu fertigen, bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit, nehmen zu. Die Fehlmann AG stellt in diesem Zusammenhang am 14. Swissmem Zerspanungsseminar ein Konzept vor, welches das Fräsen, Hartfräsen und Koordinatenschleifen auf einem Bearbeitungszentrum vereint. Ein Konzept, das durch Wirtschaftlichkeit, Präzision und einfache Programmierung zu überzeugen weiss und herausragende Präzision bringt.

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Die Abrichtspindel ist schwenkbar, der 5-achsige Arbeitsraum wird dadurch nicht eingeschränkt.
Die Abrichtspindel ist schwenkbar, der 5-achsige Arbeitsraum wird dadurch nicht eingeschränkt.
(Bild: Fehlmann)

Koordinatenschleifen oder Hartfräsen? Vor dieser Entscheidung stehen zahlreiche Unternehmen, wenn es um höchste Präzision und Oberflächengüten geht. Während das Koordinatenschleifen zwar hohen Qualitätsanforderungen gerecht wird, gilt es als diffiziles, aufwendiges und kostenintensives Verfahren.

Hartfräsen: Schruppen wie Schlichten

Das Hartfräsen dagegen punktet durch wirtschaftliche Abtragsleistung sowohl beim Schruppen wie beim Schlichten. Die Kombination beider Verfahren auf einem Bearbeitungszentrum würde aufgrund der möglichen Komplettbearbeitung in einer Aufspannung zu einer enormen Verkürzung der Durchlaufzeiten, einer hochpräzisen Schlichtbearbeitung und gleichzeitig einem Mehr an Prozesssicherheit durch genaue Kenntnis der Kontur führen.

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20 Jahre Know-how im Koordinatenschleifen

Nun verfügt man bei der Fehlmann AG seit mehr als 20 Jahren über Know-how im Koordinatenschleifen und hat bereits kundenspezifische Anlagen als Option konfiguriert. Aufgrund zunehmender Anfragen aus dem Werkzeug- und Formenbau sowie der Teilefertigung wurde in einem Gemeinschaftsprojekt der Fehlmann AG und Heidenhain eine Lösung entwickelt, die den Anforderungen als neuer Standard gerecht wird.

Die Basis dafür hat das Unternehmen mit den 5-Achs-Bearbeitungszentren Versa 645 linear und Versa 945 geschaffen. Die Versa-Bearbeitungszentren in Portalbauweise wurden für das neue Konzept gewählt, weil durch die hochdynamischen Achsen, für Dynamik und Präzision maschinentechnisch nichts geändert werden muss. Ausserdem wurden mit diesen Maschinen alle Grundvoraussetzungen geschaffen, diese Verfahren auf einem Bearbeitungszentrum zu vereinen: eine hohe mechanische Grundgenauigkeit, solide Bauweise sowie Temperaturstabilität und ein geringer Wärmegang. Das heisst, man erreicht die Genauigkeit der Maschine auch am Werkstück. Gleichzeitig decken die Versa-BAZ ein sehr breites Anwendungsspektrum ab.

Pendelhubgenerator für konturüberlagerte, oszillierende Bewegung

Im Detail heisst das: Durch die hohe Konturgenauigkeit von Maschine und Steuerung kann auf eine U-Achse verzichtet werden. Die Zustellung beim Schleifen erfolgt über die Bahnsteuerung. Der Schleifkörper sitzt im Rotationszentrum der Spindel. Während der Bearbeitung einer Kontur führt die Z-Achse eine kontur­überlagerte, oszillierende Bewegung aus. Hierfür wurde ein Pendelhubgenerator entwickelt.

Die grösste Herausforderung bei der Neuentwicklung liegt in der Abrichtfunktion, die für höchste Oberflächengüten unabdingbar ist.

Abrichtspindel musste integriert werden

Für die Steuerung heisst das, es musste eine zusätzliche Spindel in die Maschinenkinematik integriert werden.

Die Abrichtspindel (3000–20 000 min-1) sitzt an der Schwenkbrücke, ist flüssigkeitsgekühlt und mit einem Körperschallsensor ausgerüstet. Das Abrichten erfolgt daher wie auf einer Schleifmaschine. Es wird einmal eingestellt, die Scheibe schleift mit der Radiuskorrektur den ersten Durchmesser, der Rest läuft automatisch im Hintergrund.

Abrichten ist sehr komplexer Prozess

Nun gilt das Programmieren beim Abrichten mit circa 30 Parametern als sehr komplex. Deshalb hat Fehlmann überlagerte Zyklen entwickelt, die nur die notwendigsten Parameter beinhalten, die das Programmieren stark vereinfachen und bei den Versa-Maschinen vorkonfiguriert sind. So können Konturen völlig problemlos und einfach wie beim Fräsen programmiert werden.

Herausragende Genauigkeiten

Wie wirtschaftlich und präzise dieses neue Konzept funktioniert, zeigt Fehlmann an einem praktischen Bearbeitungsteil deutlich: So wurde beispielsweise bei einer Bohrung Ø 30,5 ein Durchmesser von 30,499 mm mit einer Abweichung von –0,001 mm erzielt. Bei einer Matrize mit einer 35 mm tiefen Aussenkontur wurde das Oberflächenfinish mit dem Langsamhubschleifen durchgeführt und eine Oberflächenrauheit von Ra 0,16 erreicht.

In der Summe hat Fehlmann AG mit diesem neuen Konzept die Kombination von Hartfräsen und Schleifen auf einer Maschine geschaffen, mit der Bohrungen, Konturen und Führungen aus Stahl, Keramik und Hartmetall gefräst und ohne ein Umspannen über das Koordinatenschleifen fertig bearbeitet werden können. SMM

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