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HPC- und HSC-Bearbeitung

Die sogenannte Duo-Block-Maschinenreihe von Deckel Maho repräsentiert einen solchen Baukasten. Dessen modularer Aufbau eignet sich nicht nur für den HPC- oder HSC-Einsatz mit modernsten 5-Achs-Frästechnologien, sondern er erlaubt zudem die Ausführung kombinierter Technologien wie das Fräsen und Drehen in einer Aufspannung.

Steifer Maschinenaufbau bringt Präzision und Produktivität

Basis aller Konfigurationen bildet das Duo-Block-Konzept. Zwei eigensteife, formstabile Blöcke aus GGG 60 bieten für die Aufnahme verschiedener Tische und Spindelstöcke bei Minimierung deren bewegter Massen ein Drittel mehr Steife und Grundgenauigkeit gegenüber herkömmlichen Fahrständermaschinen.

Arbeitsräume und Dynamik der Duo-Block-Maschinen vergrössern respektive verbessern sich um bis zu 50%. Hinzu kommen, als grundlegende Auswahlmöglichkeit, Universalmaschinen ohne Palettenwechsler oder Universal- Bearbeitungszentren mit Palettierung für rüstzeitfreie Bearbeitung.

Die Anbaumöglichkeit verschiedener Fräs-Spindelköpfe am dynamischen, 3-fach geführten Schlitten dient der weiteren Anpassung an Zerspanungsaufgaben aus der Luftfahrtbranche. Beispielsweise lässt sich das 5-Achs-Simultan-Fräsen oder Fräs-Dreh-Operationen durch eine wählbare A- oder B-Achsanordnung der Spindelköpfe optimieren. Beim kombinierten Fräs-Drehen nehmen die Schwenkspindelstöcke alternativ Dreh- oder Fräswerkzeuge mittels HSK-Schnittstelle auf.

Horizontalbearbeitung: Drehmomentstarker Schwenkfräskopf

Fräs-Spindeln für Horizontalgehäuse und Schwenkköpfe in B-Achs-Anordnung sind als patentierte 5X-Torque-Master-Varianten mit Getrieben für hohe Drehmomente bis etwa 1500 Nm verfügbar.

Der B-Achs-Fräskopf 5X Torque-Master ist gegenwärtig der weltweit einzige Schwenkfräskopf mit integriertem Getriebe, der in zirka 1,5 s um 190 Grad ohne Einschränkung der Fräsleistung schwenkt. Eine alternative, rechtwinklige Anordnung der Kopfschwenkachse zu den Linearachsen bieten A-Achs-Köpfe mit verschiedenen Motorspindeln, schwenkbar von -25° bis +120°.

Aerospace-Spindeln mit bis zu 100 kW und HSK A100

Speziell gepowerte Aerospace-Spindeln passen in Gehäuse aller Duo-Block-Maschinen der Längswegklasse 800 bis 1600 mm. Diese Aerospace-Spindeln leisten bis 100 kW bei 180 Nm und einer maximalen Drehzahl von 15000 1/min mit der HSK- A100-Aufnahme. Für die HSC- und HSP-Bearbeitung auch schwer zerspanbarer Materialien wie titanhaltige Legierungen sind sie nachweislich bestens geeignet.

Die eigensteife Duo-Block-Bauweise bietet dazu die notwendige Voraussetzung. Alternativ stehen Aerospace-Spindeln mit 85 kW bei 40 Nm und einer maximalen Drehzahl von 30000 1/min mit HSK-A-63-Aufnahmen zu Verfügung.

Hohe Zeitspanvolumen möglich

Die Planfräswerte von AlZnMgCu1.5-Material mit einer Spindeldrehzahl von 11000 1/min beweisen die Leistungsfähigkeit der 100-kW-Aerospacespindel. Ein Spanvolumen von zirka 8000 cm³ pro min war bis vor einiger Zeit keineswegs ein Standardwert. Solche Zerspanwerte bieten beispielsweise der Praxiseinsatz von 5-Achs-Universal-Bearbeitungszentren wie die DMC 100 U Duo-Block mit A-Achse, die sich schon lange in der Luftfahrtbranche etabliert hat.

Auf Standardmaschine: knapp 15000 cm³/min Zeitspanvolumen

So konnten beispielsweise mit einem Iscar-Eckmesserkopf von 80 mm Durchmesser mit dem Spanquerschnitt ap/ae = 12/60 mm bei 20000 mm/min Vorschub und 6000 1/min Spindeldrehzahl 14400 cm³/min Aerospace-Spezialleichtmetall zerspant werden. Analog ergaben sich mit einem 4-zahnigen Airfoil-Cutter von Ceratizit mit 60 mm Durchmesser und 19 mm Radius mit den gleichen Spanquerschnitten ap/ae = 12/60 mm bei 16000 mm/min Vorschub und 8000 1/min Spindeldrehzahl ganze 11520 cm³/min Materialabtrag.

Zu diesen auf einer Standardmaschine erreichten Werten erübrigt sich wohl jeder Kommentar. Übrigens: Die gleichen Aerospace-Spindeln werden bei Bedarf auch in den grossen Deckel-Maho-Portalmaschinen mit 2100 beziehungsweise 3400 mm Querweg eingebaut.

Linearantriebe bringen hohe Achsbeschleunigungen

Effiziente Zerspanaufgaben vor allem von Leichtmetall-Legierungen übernehmen hin-gegen «schnelle» Horizontal-Bearbeitungs-zentren wie die DMC 60 linear (Y-Weg = 800 mm) oder 80 H linear (Z-Weg = 1050 mm) - ebenfalls im Duo-Block-Design. Reduzierungen der Bearbeitungszeiten um bis zu 20% durch sehr hohe Achsbeschleunigungen auf 100-m/min-Eilgang bei den Linearantrieben sowie Nebenzeit-Verkürzungen beim Werkzeugwechsel stehen dabei im Vordergrund. Werkzeugwechsel mit 1,8 s Span-zu-Span-Zeit bei HSK-63er-Werkzeugen aus einem vertikalen Kettenmagazin belegen das.

Der Deckel-Maho-Baukasten bietet bei den Duo-Block-Horizontalzentren für die Luftfahrtindustrie ebenfalls spezielle Module. Spindeln mit 24000 1/min sind für HBZs mit Linearantrieben genauso verfügbar, wie Aerospace-Spindeln in den HBZs der schwereren Reihe ab 800 mm Längsweg (DMC 80 bis 160 H Duo-Block). Aerospace-Kunden können dabei generell zwischen Radmagazinen (bei HBZs mit Linearantrieb) oder Ketten- respektive Wandmagazinen mit bis zu 360 Werkzeugplätzen wählen.

Und es sind weitere Steigerungen bei deren Anpassung möglich. Grundlage zur Universalmaschinenbaureihe mit oder ohne Palettierung für die Technologie-Kombination Fräsen/Drehen bietet ebenfalls das Duo-Block-Konzept. Ein Anwendungs-Schwerpunkt dieser trendbestimmenden Fräs-/Drehmaschinen liegt in der Triebwerksfertigung für die Luft- und Raumfahrt.

Tisch-Drehzahlen bis 800 1/min für 1000-kg-Werkstücke

Der Einsatz thermisch optimierter Torque-Motoren, die in die NC-Tischbaugruppe integriert sind, erlauben beispielsweise bei 900 mm Drehdurchmesser Tisch-Drehzahlen bis 800 1/min für bis 1000 kg schwere Werkstücke. Bei grossen Duo-Block-Fräs-/Drehmaschinen mit 1600 mm Längsweg sind bei 1600 mm Drehdurchmesser und Zuladung bis 3000 kg noch Tisch-Drehzahlen von immerhin 250 1/min möglich.

Bei den Deckel-Maho-Portalmaschinen ermöglichen Torque-Motoren in den FD-Tischen ebenso die Fräs-/Drehtechnologie. Die Fräs-Drehtische haben eine mit der CNC zusammenarbeitende Wuchtsensorik und erlauben zusätzlich den Einbau von Drehdurchführungen für Leitungen einer optionalen Spannhydraulik.

Die mit HSK-Aufnahmen ausgerüsteten Fräs-/Dreh-Spindelstöcke werden mittels formschlüssiger Planverzahnungen geringfügig modifiziert, um beim Drehprozess die Werkzeuge fest indexieren zu können. Somit erweitert sich die Baukastenvielfalt durch die Konfiguration von Fräszentren ohne oder mit Palettenwechslern zu entsprechenden Fräs-/Drehmaschinen-Varianten auf das Doppelte.

Genauigkeitsansprüche der Luft- und Raumfahrtanwender

Die viel zitierte Duo-Block-Maschinenkonzeption bietet auch die notwendigen Voraussetzungen für die hohen Genauigkeitsansprüche der Luft- und Raumfahrtanwender. Flankierende Massnahmen zur weiteren Erhöhung der thermischen Maschinen-Stabilität oder zusätzliches Prozess-Monitoring garantieren geringe und zeitkonstante Genauigkeitstoleranzen am Werkstück.

Neben der symmetrischen Grundgestaltung der Duo-Block- oder Portal-Maschinen setzt Deckel Maho darüber hinaus weitere Massnahmen zur aktiven Kühlung verschiedener Baugruppen ein.

Kühlkompressoren zur Wärmeabfuhr aus maschineneigenen Quellen werden mehrfach eingesetzt: an den Spindelstöcken in der Motorspindel- und Getriebevariante, in den linearen Achsantrieben mit Kugelrollspindeln oder in reinen Linear-Motoren gleichermassen wie in den Torque-Motoren der Fräs-/Drehmaschinen sowie generell in allen Schaltschränken.

Weitere Optionen sind Aktiv-Kühlmassnahmen für verwendete Kühlschmiermittel- oder zur Kühlluftaufbereitung. Am besten jedoch sollten die Anwender die Maschinen natürlich nach Vorgaben des Herstellers in klimatisierten Räumen betreiben.

Prozess-Monitoring und Fehler-Kompensation

Weitere effiziente Mittel zur Erhöhung der Maschinengenauigkeit und Erhaltung deren Konstanz auch über lange Bearbeitungszeiten sind Einrichtungen für Prozess-Monitoring und Fehler-Kompensation. Alle diese Einrichtungen bestehen aus einer Kombination spezieller Sensoren, die mit mechatronischer Regelautomatik verknüpft maschinenspezifische Stellglieder oder Monitore ansteuern.

Software-Tools optimieren Fertigungsprozess

Auch immer mehr Softwaretools verdienen Beachtung. Solche patentierte Softwaretools sind bei Deckel-Maho-Maschinen verfügbar im Umfang:

- Application Tuning Cycle (ATC) zur Anpassung des Bearbeitungsverhaltens der Maschine an den Zerspanprozess

- Intelligentes Spindel-Monitoring zur z.B. Verringerung der Frässpindel-Schwingungsneigung

- Adaptive Vorschubkontrolle oder

- CNC-Zyklen (HPC, TPC) zur Einfluss- Vermeidung von Fräskopf- oder NC-Tisch-Versätzen, kombiniert mit exakter Ermittlung des jeweiligen Drehzentrums.

- 3D quickSET® zur Kompensation der Achsen-Genauigkeit im Raum.

Effiziente Späneentsorgung

Bei aller Effektivität beim Erzeugen der Späne im Fertigungsbereich der Luft- und Raumfahrt mit ihrem hohen Zerspanungsanteil verdient auch die effiziente Span-Beseitigung eine besondere Beachtung. Geeignete Massnahmen dazu sind:

- Arbeitsraum- und Kabinengestaltung mittels möglichst senkrechter oder steiler Kabinenwände

- Vermeidung von Späne-Nestern

- Gezielte Verwendung von Kühl-Schmiermitteln zur Kühlung und Spanbeseitigung

- Gelenkte Blasluftströme bei der Trockenbearbeitung

- Breite, geeignete Späneförderer

- Zusätzliche Transportschnecken, die gegenüber dem Maschinenbett durch Formbleche isoliert sind

- Aufbereitung des Kühlschmiermittels ohne Verstopfung des Gesamtkreislaufs, Comeback von Papierfiltereinrichtungen bei Al-Bearbeitungen

- Prozess-Überwachung der Spanabfuhr (Video-Kameras, Durchfluss-Mengenmesser für Spülungen, Temperierungen des Kühl-Schmiermittels).

Optimal abgestimmt

Vom ersten NC-Satz bis zum letzten Span offeriert das Unternehmen demnach nicht nur ein abgestimmtes Maschinenprogramm, sondern zudem ein aufgabenoptimiertes Bündel an Modulen und Softwaretools, die letztlich optimal auf die Universalbearbeitung im Aerospace-Bereich abgestimmt sind.

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