Bewegtes Werkstück Revolution im Werkzeugmaschinenbau

Redakteur: Anne Richter

>> In der zerspanenden Bearbeitung geschieht es äusserst selten, dass neue Maschinen bewährte Technologien infrage stellen. In der Regel weisen diese mehr oder weniger grössere Weiterentwicklungen von Bekanntem auf. Willemin-Macodel bricht mit dieser Tradition und stellt auf der EMO 2013 in Hannover die 701S vor, eine Delta-Mikrobearbeitungsmaschine mit Submikrometer-Präzision.

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Mit 36 Werkzeugen auf sehr kleinem Raum bietet die 701S eine sehr hohe Autonomie.
Mit 36 Werkzeugen auf sehr kleinem Raum bietet die 701S eine sehr hohe Autonomie.
(Bild: Willemin-Macodel)

ari. Die Idee, eine Bearbeitungsmaschine mit einer parallelen anstatt der herkömmlichen seriellen Kinematik zu entwickeln, ist zwar nicht neu, aber bis heute wurde noch nie eine derart ausgereifte Technik erreicht. Nach mehreren Jahren der Entwicklung und einer Zusammenarbeit mit der ETHL bringt Willemin-Macodel eine völlig neuartige, vollständig in der Schweiz entwickelte und hergestellte Delta-Mikrobearbeitungsmaschine mit Submikrometer-Präzision auf den Markt. Wer sich ein rasches Bild von diesem neuen Konzept machen will, stellt sich einen umgekehrten Delta-Roboter vor, der das Werkstück in einem über drei Arme verbundenen Korb hält. Die Arbeitsspindel ist an einem feststehenden Träger über dem 3-Achsen-Tisch montiert. Der grosse Vorteil dieses Systems besteht darin, dass eine sehr geringe Masse bewegt wird und trotzdem eine hohe Steifigkeit gewährleistet ist.

Neue Bearbeitungsstrategie mit Interpolation

Bei der für die Bearbeitung kleiner Werkstücke (Ø 50 x 30 mm) ausgelegten Bearbeitungsstrategie der neuen Maschine dreht sich alles um die Interpolation. Das Resultat ist eine sehr hohe Dynamik des Maschinensystems und eine Verringerung der Anzahl benötigter Werkzeuge. Die Ingenieure integrierten ausserdem eine neue CNC-Steuerung auf PC-Basis, die viel schnellere Regelkreise gewährleistet als herkömmliche Steuerungen, sowie hochauflösende Massstäbe (weniger als 10 Nanometer). Die Verbindung der hohen Auflösung der Massstäbe mit der ultraschnellen Regelkreisberechnung garantiert eine Bahngenauigkeit im Submikrometerbereich. Bahnfehler können somit im Vergleich zu den herkömmlichen Maschinen auf dem Markt um das 10-Fache reduziert werden.

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Eine hervorragend ausgewuchtete Spindelwelle ohne schwebende mechanische Elemente gewährleistet äusserste Rotationsgenauigkeit. Der Wegfall des Werkzeughalters und dadurch die direkte Befestigung des Werkzeugs in der Spindelwelle garantiert diese Genauigkeit bis zur Werkzeugspitze, was zu einer höheren Bearbeitungspräzision, einer besseren Oberflächengüte und einer längeren Standzeit der Werkzeuge führt. Bei jedem Werkzeugwechsel kontrolliert ein optisches Messsystem die Position und die Geometrie der rotierenden Werkzeuge und nimmt die für die Einhaltung der Sollwerte notwendigen Korrekturen vor. Das System ist in der Lage, die Restunwucht der Werkzeuge direkt zu korrigieren. Ebenso wird es verwendet, um Verschleiss- und Schnittkantenprobleme zu erkennen und zu kompensieren. Wie jedes Maschinenelement entwickelte Willemin-Macodel auch die Systemsoftware speziell für die neue Technologie der Maschine 701S.

Parallelkinematik: leichter, dynamischer, steifer

Wenn man von hoher Präzision spricht, verbinden die Maschinenhersteller in der Regel sofort Masse und Steifigkeit. Willemin-Macodel hat sich von diesem Paradigma abgewendet. Die Parallelkinematik reduziert die bewegte Masse und bewahrt gleichzeitig eine hohe Steifigkeit beim Vorschubantrieb. Die Paarung dieser beiden Elemente garantiert eine hohe Eigenfrequenz, eine hohe Dynamik und eine äusserst zuverlässige Bahnkontrolle bei hoher Geschwindigkeit. Dank dieser Bauart ist die Maschine in der Lage, Beschleunigungen von bis 5G zu bewältigen.

Präzision und Produktivität

Eine direkte Auswirkung des neuen Maschinenkonzepts ist ein sehr geringer Energiebedarf bei der Bearbeitung, der mit demjenigen eines Haartrockners vergleichbar ist. Die Wahl ausgesprochen energieeffizienter Motoren und Aktuatoren reduziert Wärmeverluste und stellt eine umfassende Thermostabilität sicher, was eine erhöhte Präzision am Werkstück zur Folge hat.

Die neue 701S sprengt die Grenzen der herkömmlichen Bearbeitung: Bei Werkstücken, die für an der Entwicklung der Maschine beteiligte Kunden realisiert wurden, konnten bedeutende Einsparungen bei der Zykluszeit erreicht werden. Je nach Anwendung kann diese im Vergleich zur traditionellen Bearbeitung um das 2- bis 5-Fache verringert werden. Was die Präzision anbelangt, arbeitet die Maschine im Submikrometerbereich und erreicht eine Oberflächengüte, die einer geschliffenen Fläche nahekommt. Eventuelle weitere Superfinish-Nachbearbeitungen erweisen sich zudem als sehr einfach. So werden die Teile nicht nur schneller, sondern auch mit höherer Präzision und höherer Oberflächengüte gefertigt. Die Ingenieure von Willemin-Macodel haben die Maschine mehrere Monate lang getestet, auch in Zusammenarbeit mit Partnern des Unternehmens. Die erzielten Resultate gehen über die gesetzten Ziele hinaus.

Technische Revolution: Kompaktheit und Effizienz

Ausserdem ist die neue 701S mit einer neuen Motorspindel mit 80 000 U/min ausgestattet und mit einem neuen, vollständig in der Maschine integrierten Paletten- und Werkzeugwechselsystem und zusätzlich mit hoch innovativen Gelenk- und Armsystemen für den Werkstückkorb. Die neue 701S von Willemin-Macodel mit einer Bodenfläche von 1 m2 erzielt eine einzigartige Kompaktheit und Effizienz.

Mit der 701S bietet der Maschinenhersteller aus dem Jura eine neue Kategorie an Maschinen an, die gerade in der Uhrenteilefertigung und im Mikrospritzguss auf Interesse stösst. Die Maschine wird an der EMO als Weltneuheit präsentiert. Erste Auslieferungen sind ab dem ersten Quartal 2014 geplant.

Weitere Hochleistungs-Bearbeitungszentren

An der Fachmesse präsentiert Willemin-Macodel auch ihre Palette an Hochleistungs-Bearbeitungszentren, die ebenfalls verschiedene Neuentwicklungen erfahren haben. Das neue kompakte und wirtschaftliche Bearbeitungszentrum 308B, das zum ersten Mal überhaupt an einer Fachmesse für Werkzeugmaschinen ausgestellt wird, zeichnet sich durch unvergleichliche Präzision und Flexibilität für eine Maschine dieser Grösse aus: Sie ermöglicht die Bearbeitung mit 5 Simultanachsen sowohl ab Stange wie auch als Einlegeteile. Das ausgestellte Bearbeitungszentrum 408S2 mit seinem neuen Direct-Drive-Hochpräzisions-Doppelteilapparat bietet höchste Dynamik und Drehfunktionen bis 4000 U/min. Das ab Stange arbeitende Multiprozess-Bearbeitungszentrum 408MTT mit Drehrevolver wird ebenfalls am Stand des Schweizer Maschinenherstellers zu sehen sein. Diese Maschine ermöglicht die simultane Bearbeitung mit zwei Werkzeugen. Mit seinem hohen Zerspanungsvolumen beim Drehen reduziert das Bearbeitungszentrum 408MTT die Bearbeitungszeit erheblich. Auch die für ihre hohe Leistung ab Stange für Fräs- und Drehbearbeitungen weltweit bekannte Maschine 508MT wird an der EMO ausgestellt sein. Diese Maschine, die mit Schwenkkopf und einer Rückseitenbearbeitung mit 3 nutzbaren Positionen sowie einem Teilehandlingsystem ausgestattet ist, lässt sich perfekt in jeden Produktionsfluss eingliedern, ganz gleich, ob für kleine, mittlere oder grosse Serien. Hohe Präzision und hohe Qualität sind die besonderen Stärken dieser Maschine. <<

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