Portal-Dreh-Fräsmaschine nach Kundenwunsch

Präzisionsfertigung: Anspruchsvolle Grossteile präzis zerspanen

| Autor / Redakteur: Peter Springfeld / Susanne Reinshagen

Dreh- und Fräsmaschine mit einem verfahrbaren Portal für die Vertikalbearbeitung sowie begehbare X-Achsen
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Dreh- und Fräsmaschine mit einem verfahrbaren Portal für die Vertikalbearbeitung sowie begehbare X-Achsen (Bild: Gretel Anne Baumgarten)

Seit 1946 am Markt, fertigt das Deggendorfer Unternehmen Rile anspruchsvolle, hochpräzise Zulieferteile sowie Baugruppen und Automatisierungsanlagen für einen breiten Anwendungsbereich. Für die Präzisionsfertigung von Grossteilen musste in eine neue Bearbeitungsmaschine zum Drehen und Fräsen investiert werden. Fündig wurde das Unternehmen beim italienischen Werkzeugmaschinenhersteller Pama.

Seit 1946 am Markt, fertigt das Deggendorfer Unternehmen Rile anspruchsvolle, hochpräzise Zulieferteile sowie Baugruppen und Automatisierungsanlagen für einen denkbar breiten Anwendungsbereich. Dazu gehören die Automatisierung von Werkzeugmaschinen, Roboterapplikationen, Anbauteile für Maschinen, Getriebe- und Motorenkomponenten sowie Baugruppen für die Medizintechnik. Für die Luftfahrtechnik bearbeitet Rile Turbinenteile und Laufschienen in höchster Präzision. So breit wie das Spektrum der Lohn- und Zulieferfertigung ist auch der Werkstoffbereich: Neben Stahl, Edelstahl, Guss und Buntmetalle wie Aluminium und Magnesium bearbeitet Rile Teile aus Titan, und Kunststoffen, beispielsweise Karbon. Aus Karbon fertigt Rile Pinolen für Messmaschinen.

Stefan Zimmer, Vertriebsleiter der Nürnberger ABRAS Vertriebsgesellschaft; Werner Feldmeier, Rile-Betriebsleitung; Frank Seifert, PAMA-Sales Manager; Peter Radlsbeck, Geschäftsführender Gesellschafter Rile (v.l.n.r.)
Stefan Zimmer, Vertriebsleiter der Nürnberger ABRAS Vertriebsgesellschaft; Werner Feldmeier, Rile-Betriebsleitung; Frank Seifert, PAMA-Sales Manager; Peter Radlsbeck, Geschäftsführender Gesellschafter Rile (v.l.n.r.) (Bild: Springfeld)

„Zur Realisierung dieser anspruchsvollen Fertigungsaufgaben“, hebt Peter Radlsbeck, Geschäftsführender Gesellschafter hervor, „stehen rund 50 moderne zum Teil untereinander austauschbare CNC-Werkzeugmaschinen zur Verfügung. Sie werden von hochqualifizierten Mitarbeitern bedient, die wir in der Regel selbst ausgebildet haben. Unser Angebot besteht in einer sehr kurzfristigen Fertigung von hochpräzisen einfachen und komplexen Teilen bis zu einem Kubus mit einer Seitenlänge von 2500 mm, einem Durchmesser von 5300 mm und 20 Tonnen Stückgewicht. Wir fertigen im Toleranzbereich von IT-6 und realisieren Oberflächen im Rauhigkeitsbereich von 0,8 µm.“

Mit dem Ausbau der Energieerzeugung durch Windkraftanlagen kamen auch Aufträge für die Präzisionsfertigung von entsprechenden Grossteilen ins Deggendorfer Unternehmen. Dazu wurde trotz der hervorragenden fertigungstechnischen Ausstattung eine weitere Bearbeitungsmaschine zum Drehen und Fräsen gebraucht. Stefan Zimmer, Vertriebsleiter der Nürnberger Abras Vertriebsgesellschaft, stellte den Kontakt zum renommierten italienischen Maschinenbauer Pama her. „Wir“, bekundet Peter Radlsbeck, „hatten bereits gute Erfahrungen mit italienischen Werkzeugmaschinenherstellern und waren deshalb sofort auch für Pama offen.“

Erarbeitung der Maschinenkonfiguration

„Mit Pama“, hebt Peter Radlsbeck hervor, „hatten wir Ansprechpartner, die sehr intensiv auf unsere Bedürfnisse eingegangen sind. Die Chemie zwischen den handelnden Personen stimmte von Anfang an. Wir fanden schnell Vertrauen und fühlten, dass Pama in der Lage ist, aus den bestehenden Baukästen, die Pama im Hause hat, eine entsprechende Maschine zu bauen. So konnten wir uns beim Besuch in Rovereto überzeugen, wie Pama im eigenen Werk sämtliche Kernkomponenten einschliesslich der Fräsköpfe in hoher Qualität selbst herstellt. Wir haben uns ähnliche Maschinen angesehen und uns mit allen massgeblichen Partnern bestens auf Deutsch verständigt. So gab es keinerlei Informationsverlust bei den technischen, organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Absprachen. Letztendlich haben die recht schnell gefundene finale Konzeption, die abgesprochene Präzisionsarbeit und die zu erwartende Lebensdauer der Maschine den Ausschlag für die Investitionsentscheidung gegeben.“

Dreh- und Fräsmaschine mit einem verfahrbaren Portal für die Vertikalbearbeitung sowie begehbare X-Achsen
Dreh- und Fräsmaschine mit einem verfahrbaren Portal für die Vertikalbearbeitung sowie begehbare X-Achsen (Bild: Gretel Anne Baumgarten)

Für Pama neu, entstand eine Dreh- und Fräsmaschine mit einem verfahrbaren Portal für die Vertikalbearbeitung sowie begehbaren X-Achs-Abdeckungen. Zwei hydrostatisch gelagerte DirectDrive-Drehtische, eine spezielle, sehr zuverlässig arbeitende Späneentsorgungsanlage sowie eine Einhausung, die nicht nur eine Pendelbearbeitung, sondern auch eine Bearbeitung von extrem langen Bauteilen ermöglicht, runden das Konzept ab.

Raum für grosse Werkstücke

Blick auf die Traghülse mit Spindelkasten.
Blick auf die Traghülse mit Spindelkasten. (Bild: Gretel Anne Baumgarten)

Entsprechend der zu bearbeitenden Grossteile haben die Ständer des Portals einen Abstand von 5600 mm. Das Portal trägt am Querbalken die Traghülse und bietet ihr einen Verfahrweg in Y-Richtung von 5815 mm. Dieser Verfahrweg ist nicht nur für die Bearbeitung der Werkstücke auf den beiden vier Meter im Durchmesser grossen Drehtischen notwendig, er dient darüber hinaus zum automatischen Einwechseln der Dreh- und Fräswerkzeuge sowie zum automatischen Wechseln von Fräsköpfen für die 5-Seiten-Bearbeitung. Die Z-Achse (RAM) verfährt 1600 mm. Der maximale Abstand zwischen den Tischoberkanten und der Traghülsen-Stirnseite beträgt 2565 mm. Entsprechend dem Aufbau der Traghülsen der Horizontal Bohr- und Fräsmaschinen von Pama besitzt auch die hydrostatische Bohrspindel der Portalfräsmaschine Modell Vertiram 2000 GT einen Axialverfahrweg von 800 mm.

“Dem Kundenwunsch entsprechend“, erläutert Frank Seifert, Pama-Sales Manager, „lieferte Pama die komplette Maschineneinhausung. Sie ist so gestaltet, dass sie zur Pendelbearbeitung zwei flexible Bearbeitungsbereiche schafft. Zur Bearbeitung von extrem langen Werkstücken wird die Trennwand zur Seite geschoben, damit man das Langteil auf beiden Drehtischen aufspannen kann. Dazu bewegt sich das Portal entlang einer 14 Meter langen X-Achse.“

Präzisionsbearbeitung von Grossteilen

Auch bei dieser neuen Maschine bildet ein aus Gusskomponenten gefertigter Maschinenrahmen das Fundament zur Präzisionsbearbeitung. Die zu bearbeitenden Grossteile werden mit Hilfe von Vorrichtungen, die Rile selbst baut, schwingungsarm gespannt. Zur Präzisionszerspanung trägt des Weiteren die kräftige Traghülse mit einem Querschnitt von 500 x 500 mm bei. Sie wird an allen vier Seiten im Spindelkasten hydrostatisch geführt. Zurückgekühltes Hydrauliköl sorgt für den Wärmeabfluss.

„Entsprechend der neuen Konzeption der Portal- Dreh- und Fräs-Maschine“, erläutert Frank Seifert, „entwickelten die Pama-Ingenieure die patentierte und vielfach bewährte Wärmekompensation der Traghülse weiter. Dazu trägt ein von Pama patentiertes System bei, welches die Längenausdehnung von RAM und Bohrspindel überwacht und die Ergebnisse in Echtzeit an die Steuerung weiterleitet. Insgesamt bieten Pama-Maschinen ihren Nutzern Fertigungstoleranzen, wie wir sie von Lehrenbohrwerken kennen.“

hydrostatisch gelagerte Drehtische
hydrostatisch gelagerte Drehtische (Bild: Pama)

Zur zuverlässigen und präzisen Dreh- und Fräsbearbeitung besitzt die Portalmaschine zwei hydrostatisch gelagerte DirectDrive-Drehtische. Jeder der beiden Karusselldrehtische TTH 60 trägt Lasten bis zu 60 Tonnen bei max 150U/min. Zur Wärmestabilisierung durchläuft auch dieses Hydrauliköl ein entsprechendes Kühlaggregat.

5-Seiten-Bearbeitung

Sebastian Huber, Maschinenbediener.
Sebastian Huber, Maschinenbediener. (Bild: Springfeld)

„Vor jedem Fertigungsauftrag“, erläutert Sebastian Huber, seit 16 Jahren als Maschinenbediener bei Rile tätig, prüfen wir, ob die benötigten Werkzeuge im Speicher sind beziehungsweise komplettieren wir sie. Der Werkzeugspeicher bietet 210 Plätze. Die Fräswerkzeuge spannen wir in HSK-A 100-Werkzeugkegel ein und die Drehwerkzeuge in KM 63-Werkzeughalter. Die HSK-A-100-Kegel besitzen Chips, auf denen sämtliche Daten der Werkzeuge gespeichert sind.

Scannen der Werkzeuge

Balluff-Werkzeugidentifikationssystem.
Balluff-Werkzeugidentifikationssystem. (Bild: Springfeld)

Vor dem Einschleusen in den Speicher erfolgt ein Scannen durch ein Balluff-Werkzeugidentifikationssystem, das die Daten ins Steuerungssystem leitet .

Schienengeführte Werkzeugroboter

Werkzeugspeicher mit Werkzeugmanipulator, dem schienengeführten Werkzeugroboter und dem dahinter operierenden Shuttle-Pick-up
Werkzeugspeicher mit Werkzeugmanipulator, dem schienengeführten Werkzeugroboter und dem dahinter operierenden Shuttle-Pick-up (Bild: Pama)

Über eine Drehschleuse bringt der schienengeführte Werkzeugroboter das Werkzeug an seinen zugeordneten Platz“.

Ein Brückenkran setzt die Werkstücke auf einen der beiden Drehtische ab. Jeder Drehtisch steht für einen eigenen, abgetrennten Arbeitsbereich, der aufgehoben wird, wenn extrem lange Werkstücke zu bearbeiten sind. Nach dem Aufspannen, holt sich die Spindel das benötigte Werkzeug aus dem Werkzeugspeicher. Dazu besitzt jeder der beiden Arbeitsbereiche eine Schleusentür, durch die die Traghülse in den Werkzeugspeicher einfährt. Der dort arbeitende Roboter entnimmt der Spindel das auszutauschende Werkzeug und spannt das neue ein. Zur horizontalen Bearbeitung ersetzt der Roboter zunächst das Werkzeug durch einen NC-Fräskopf. Den entnimmt er dem Shuttel-Pick-up, das sich auf den Schienen des Werkzeugroboters bewegt. Anschliessend spannt der Roboter das benötigte Werkzeug in den Fräskopf ein.

Zum Lieferumfang gehören zwei von Pama selbst gefertigte Ausdrehköpfe RT 700 beziehungsweise AT/RT 400 und ein NC-Fräskopf Modell TW 1 30 A V S015.

Produktive Qualitätszerspanung

  • eben der hohen Maschinenauslastung durch die Pendelbearbeitung, bei der das hauptzeitparallele Auf- und Abspannen des Werkstücks erfolgt, tragen vor allem der 2600Nm kräftige DirectDrive-Spindelmotor sowie Eiganggeschwindigkeiten von 30.000 mm/min in den X-, Y-, Z- und V-Achsen bei.
  • Wie bei Pama üblich, besitzt die Maschine ein Kühlaggregat für die Thermostabilisierung des Hydrostatiköls und des 93 kW Spindelmotors, der die Werkzeuge mit einer maximalen Spindeldrehzahl von 4000 U/min antreibt. Je nach Fertigungsaufgabe werden auch die Werkzeuge über eine weitere Kühlmittelanlage von innen und aussen gekühlt.
  • Zur produktiven Qualitätsarbeit gehört die sichere Späneabführung schon während der Zerspanung.

„Zur Erfüllung dieses Kundenwunsches“, schildert Frank Seifert, „der ja spürbar zur Reduzierung von Stillstandszeiten beiträgt, haben wir intensiv nach Lösungen gesucht und auch gefunden. Im Kern haben wir Fliehkräfte genutzt, um die Späne aus dem unmittelbaren Bearbeitungsbereich zu entfernen. Sie fallen am Rand in innovativ gestaltete Schächte, die direkt auf die beiden, unter der Maschine laufenden Späneförderer fallen. Beide Späneförderer führen die Späne zu einem Querföderer, der sie direkt in den Spänebehälter fördert.“

Qualitätssicherung

  • Gesteuert von einer Siemens Sinumerik 840D sI-Steuerung, erfolgt die Überwachung des Fertigungsprozesses durch unterschiedliche Mess- und Überwachungseinrichtungen. Dazu gehören absolute Längenmessgeräte für die Linearachsen, der absolute Drehgeber für die Spindelumdrehung sowie ein magnetisches Längenmesssystem für die V-Achse.
  • Zwei Renishaw RMP60-Funk-Werkstückmesstaster, einer davon mit KM 63-Kegel, zur Werkzeugvermessung und Bruchkontrolle auf Laserstrahlbasis der Firma BLUM sowie eine Balluff-Werkzeugbruchüberwachung tragen ebenfalls zur sicheren Dreh- und Fräsbearbeitung bei.
  • Zusätzlich erfolgt eine manuelle Überwachung des Fertigungsablaufs

Komfortable Bedienung

Pama-Maschinen bieten eine komfortable Bedienung. Die Bedienkabine wird vom Portal getragen, so dass der Bediener den Zerspanprozess gut beobachten kann. Zusätzlich ist am Querbalken des Portals, links und rechts von der Traghülse, jeweils eine Videokamera installiert. „So kann ich“, erklärt Sebastian Huber, „den Fertigungsprozess auch von der Rückseite direkt vom Fahrerstand aus beobachten.

Sebastian Huber, Maschinenbediener.
Sebastian Huber, Maschinenbediener. (Bild: Springfeld)

Der Touchscreen bietet sogar die Möglichkeit, die Kamera so zu zoomen, dass man die Werkzeugschneiden ganz nah sehen kann. Sollte man bei dieser Beobachtung Funken erkennen, ist das ein Zeichen, dass die Schneide stumpf wird. So kann man rechtzeitig einen Werkzeugtausch einleiten, bevor andere Überwachungssysteme ansprechen.“

Zur komfortablen Bedienung gehört auch die wunschgemässe Abdeckung der X-Achsen. Über die begehbare, stabile, aufrollbare 1,55 m breite Abdeckung lässt sich der Arbeitsraum auf denkbar kürzestem Wege betreten. Die Rollen, die die flexible Abdeckung beim Verfahren des Portals aufnehmen, befinden sich vor und hinter der Bedienerkabine.

Mit diesem Maschinenkonzept entstand nicht nur eine neue Generation von Maschinen, Pama hat erneut gezeigt, wie man Kundenwünsche innovativ umsetzt. <<

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