Fehlmann zeigt Stärke

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HPC: prozesssicher hohes Spanvolumen generieren

Der Einsatzbereich des HPC (High Performance Cutting) ist zu 99% Weichbearbeitung, hier insbesondere das Schruppen. Nur sehr wenige Maschinenhersteller können HPC auch bei der Hartzerspanung generieren. Im Fokus des HPC stehen ein hohes Zeitspanvolumen, Produktivität, Prozesssicherheit aber auch Werkstückkomplexität. Erich Hasler betonte, dass Prozesssicherheit zunehmend oberstes Ziel in der modernen Fertigung ist, weil immer mehr Unternehmen auf mannlose Bearbeitung setzen.

HFC-Zerspanung: Unterkategorie von HPC

High Feed Cutting (HFC) gehört im Prinzip in den Bereich der HPC-Zerspanung. Beim HFC wird der Fokus auf einen sehr hohen Vorschub gelegt. Möglich machen dies speziell hierfür ausgelegte Hochvorschubfräser. Generell wird eine eher geringere axiale Zustellung gewählt. Das hohe Zeitspanvolumen wird durch die hohen Vorschubgeschwindigkeiten realisiert.

Zum Einsatz kommen hier idealerweise Rhombusförmige WSP mit einem eher grossen Schneidenradius anstelle von runden WSP. Dazu sollen die Schnittkräfte der runden und rhombischen Platte kurz verglichen werden: Verglichen mit der runden WSP treten bei der rhombischen Platte geringere Kräfte in radialer Richtung auf, was die Auslenkung des Werkzeuges als auch die Maschinenbelastung positiv beeinflusst.

Auch die Wärmeeinbringung in das Werkzeug sei eher niedriger. Wesentlich für den Erfolg des HFC-Verfahrens seien hohe Vorschubgeschwindigkeiten der Maschine und entsprechende Werkzeuge, die für dieses Verfahren besonders ausgelegt sind, sagte E. Hasler von Utilis.

HSC: für Hartzerspanung und perfekte Oberflächen

Bei der HSC-Zerspanung kommt es weniger auf das Zeitspanvolumen an. Hier stehen das Oberflächenfinishing im Fokus und/oder die Hartzerspanung. Höchste Drehzahlen am Werkzeug, eher geringe Spandicken sorgen für höchste Oberflächengüten.

Tieflochbohren in einem Zyklus

Ein weiteres Themenspektrum im Utilis-Vortrag war das hocheffiziente Tieflochbohren mit nur einem Bohrzyklus. Hier präsentierte E. Hasler einen neuen Tiefloch-Spiralbohrer mit einer sogenannten TH-Beschichtung.

Auf die Nachfrage des SMM, wie die Beschichtung zusammengesetzt sei, sagte E. Hasler, dass das ein Betriebsgeheimnis sei und nicht veröffentlicht werden dürfe, es handle sich aber prinzipiell um eine Nano-Beschichtung. Die Zurückhaltung ist verständlich, wenn man sich vergegenwärtigt, welche Produktivitätszuwächse dieser Tieflochbohrer bringt.

Aber Beschichtung ist das eine, zum anderen müssen gerade beim Tieflochbohren die Schneidgeometrien derart optimiert werden, dass die Späne möglichst klein sind, um effektiv abtransportiert werden zu können. Mit minimal 15 bar KSS-Zuführung kann so ein prozesssicherer Tieflochbohrprozess gewährleistet werden.

Tieflochbohrung unter Span

Damit die Bohrungen erstens rund und zweitens präzis sind, verfügen die Bohrer über eine 4-Fasen-Führung. Auf der Picomax 825 Versa konnte man sich diese Zerspanungsbedingungen live anschauen.

Hightech-Prothesen mit Sensorik

Norbert Kofler (Leiter Produktion Engineering, Otto Bock AG in Wien) zeigte in seinem Vortrag eindrücklich auf, welch hohes Know-how in modernen Prothesen steckt. Das Unternehmen Otto Bock ist Weltmarktführer in der Prothetik-Fertigung. Am Standort Wien wird der Fokus auf Hightech-Prothesen gelegt. So wurde hier beispielsweise das erste Mikroprozessorgesteuerte Kniegelenk der Welt entwickelt. Solche Gelenke ermöglichen ein nahezu natürliches Laufen mit einem Höchstmass an Sicherheit.

Das Anforderungsprofil an Prothesen ist enorm, können doch «Kräfte» auf ein Kniegelenk bis zu 2,5 Tonnen gross sein. Die aktuelle Entwicklung beispielsweise von Armprothesen geht in die Richtung von Sensor- und Aktoren-gesteuerten Prothesen. Die über Sensoren aufgenommenen Signale von Muskelspannungen werden verrechnet und an die elektromechanischen Aktoren, die die künstlichen Glieder ansteuern, weitergegeben. Somit können diese Prothesen den Arbeitsalltag von Menschen erheblich vereinfachen. Die elektromechanische Hand einer Armprothese kann beispielsweise 6 kg per Variogetriebe heben.

Entwicklungsgeschichte der Picomax 825 Versa

Die Konzeption des 5-Achs-Simultan-BAZ Picomax 825 Versa war Themenschwerpunkt von Fehlmann-Entwicklungsleiter U. Schmid. Der Entstehungsprozess der neuen Picomax 825 Versa hat über drei Jahre in Anspruch genommen: Insgesamt elf verschiedene Maschinenkonzepte wurden im Vorfeld genauestens geprüft. So wurden u.a. die verschiedenen kinematischen Bedingungen der in Frage kommenden Konzepte genau unter die Lupe genommen.

Drei Aspekte konnten aber in diesem Zusammenhang von Beginn an ausgeschlossen werden, wie U. Schmid betonte: «Wir wollten erstens nicht alle drei Linearachsen in der Werkzeugachse, weil wir sonst am Werkzeug weniger Stabilität und Präzision gehabt hätten. Insofern haben wir uns auf max. zwei Achsen beschränkt. Eine weitere Bedingung war, dass das Werkzeug nicht geschwenkt werden darf, aus dem gleichen Grund wie in Punkt 1. Der dritte Kernaspekt war, dass wir keine einseitig abgestützte Lagerung des Schwenktisches konzipieren wollten. Der Schwenktisch sollte unbedingt beidseitig abgestützt sein.»

Zwei Maschinenkonzepte favorisiert

Zwei Maschinenkonzepte wurden schliesslich favorisiert und genauer untersucht. Im Prinzip handelte es sich bei beiden Konzepten um Portalbauweisen. Während bei dem einen Entwurf die Schwenkachse orthogonal zur X-Achse lag, wurde beim zweiten Konzept die Schwenkachse in die gleiche Richtung gelegt wie die X-Achse.

Bei beiden Konzepten konnte die Peripherie - Automation, Späneentsorgung, Beladung, Werkzeugwechsler - sehr gut integriert werden.

Kinematische Kopplung setzt Grenzen

Aber während der Untersuchung der kinematischen Kopplung zwischen der Schwenkachse und der X-Achse ergab sich eine klare Favoritenrolle für die zweite Variante. Denn: Wenn die Schwenkachse (Direktantrieb) orthogonal zur X-Achse steht, ergibt sich durch die Massenträgheit beim Beschleunigen in Richtung der X-Achse ein Drehmoment innerhalb der Drehachse.

Aufgrund der kinematischen Kopplung, die regelungstechnisch nicht mehr in den geforderten Präzisionen beherrschbar war, ergaben sich bei maximalen Beschleunigungen der X-Achse Abweichungen von 6/100 mm im Werkzeugmittelpunkt vom Sollwert. Deshalb fiel die erste Variante (orthogonale Anordnung) unter den Tisch.

Guss mit einigen Vorteilen

Die zweite Frage war die Werkstoffwahl des Maschinengestells: Die beiden möglichen Werkstoffe Mineralguss oder Grauguss (GG) wurden sehr genau geprüft.

GG hat gegenüber Mineralguss ein 3-fach höheres E-Modul und die Zugfestigkeit ist etwa 10 Mal grösser. Polymerbeton hat demgegenüber eine sehr viel höhere Schwingungsdämpfung. Und die Wärmeleitfähigkeit ist 25 Mal kleiner als beim GG.

Wie U. Schmid gegenüber dem SMM betonte, kann - je nachdem wie das Maschinenkonzept konfiguriert ist - auch Polymerbeton die richtige Wahl sein. Bei der Picomax 825 Versa und dem sehr anspruchsvollen Anwendungsbereich der Versa wurde auf Grauguss gesetzt, selbst wenn dies teurer ist.

Schmid: «Für uns ist ein entscheidender Faktor die perfekte geometrische Präzision der Achsen. Die geometrische Präzision ist eine unserer Kernkompetenzen und sie kann aktuell nur mit Guss gewährleistet werden, bei dem die Flächen der Linearführungen inhouse geschabt werden. Bei Polymerbeton ist das bei dem aktuellen technologischen Stand nicht möglich. Qualitäts- und Stabilitätskriterien waren somit letztendlich entscheidend, dass wir nach wie vor auf Guss setzen.»

Aufwendige FEM-Analysen

Nachdem die Wahl auf Guss fiel, wurde die Gussstruktur in aufwendigen FEM-Analysen einer Topologieoptimierung unterzogen. Das FEM-Programm - der Rechner rechnete die Maschine über Nacht durch - zeigte auf, wie das Maschinenbett für die Maschinenkonzeption optimal ausgelegt werden müsste, woran man sich bei der Gussstruktur orientiert hat. Schliesslich verfügt das Maschinenbett über eine statisch bestimmte 3-Punkt-Auflage, somit ist die Maschinengenauigkeit nicht abhängig von der Bodenstruktur.

Schliesslich ging U. Schmid noch auf die Präzision der Maschine ein. Hier zeigte sich, dass sie die Kriterien der meisten Kunden erfüllt. Am Werkstück sind 5-achsig im Raum 1/100 mm sehr prozesssicher herzustellen. Bei der Finish-Bearbeitung wurde bei der Untersuchung das gesamte Finish mit demselben Werkzeug bearbeitet, um hier eventuelle Fehlerquellen beim Werkzeugwechsel auszuschliessen.

Neuer Werkzeugspeicherfür 250 Werkzeuge

Da immer mehr Unternehmen auf Automation setzen, wurde ein neues Werkzeugmagazin entwickelt, das bis zu 250 Werkzeuge aufnehmen kann. Es arbeitet sehr schnell und eine automatische Konusreinigung ist integriert. Apropos Automation: Die linke Seite bleibt immer frei für eine potentielle Automationslösung. Erowa ist in diesen Zusammenhang ein enger Partner von Fehlmann. Mit 4m x 4,5m nimmt die vollautomatisierte Anlage nicht zu viel Platz ein. Es können auch mehrere Maschinen in Reihe aufgestellt und automatisiert werden.

AutorMatthias BöhmChefredaktor SMM

InformationFehlmann AGBirren 15703 SeonTel. 062 769 11 11Fax 062 769 11 90mail@fehlmann.com www.fehlmann.com

Euromold, Halle 8.0, Stand G70

Utilis AGPräzisionswerkzeugeKreuzlingerstrasse 228555 MüllheimTel. 052 762 62 62Fax 052 762 62 00info@utilis.com www.utilis.com