Wenn es ganz genau sein soll

Einfach kann jeder. Und irgendwo macht´s irgendwer, irgendwie immer noch etwas billiger. Am anderen Ende der Anspruchsskala hin­gegen schaffen Konstrukteure mit immer raffinierteren Konstruktionen ganz neue Betätigungsfelder. Um sich für fertigungstechnische Knack­­nüsse zu qualifizieren, braucht es freilich entsprechende Maschinen. Nun: Die Helmut Christmann GmbH verfügt mit der Yasda H30i über ein 5-achsiges Hochgenauigkeits-Bearbeitungszentrum das hier keine Wünsche mehr offen lässt.

Die Fertigung hochpräziser Werkstücke hat bei der Helmut Christmann GmbH Tradition. So hat das 1948 gegründete Unternehmen nicht nur viele richtungsweisende Lösungen und technischen Methoden entwickelt. „Mit der frühen Spezialisierung auf die Herstellung von Hochleistungsfolgeverbundwerkzeugen, Verschleißteilen für den Stanz- und Formenbau, feinmechanische Baugruppen und Bauteile, komplexe Dreh-, Fräs-, und Erodierteile sowie Spannmittel für den EDM-Bereich haben wir uns eine gute Position im Markt gesichert“, sagt der stellvertretende Geschäftsführer und Leiter des Qualitätsmanagements Marcus Christmann.

Der Schwerpunkt des Produktspektrums liegt auf komplexen Aluminiumgehäusen, Flanschen, Steuerkolben beziehungsweise Präzisionsgehäusen. Mit modernen CAD/CAM-Systemen realisiert das Unternehmen individuelle 2D/3D-Konstruktionen vom Miniaturzahnrad bis hin zu kompletten Baugruppen und Apparaten für den Bereich Mikropumpen und Analysetechnik.

Das µm gehört bei Christmann zum Tagesgeschäft. Nicht nur beim Erodieren. Auch in Sachen Hightech-Fräsen strebt das Unternehmen eine Vorreiterrolle an. Voraussetzung dafür ist nach Einschätzung des Juniorchefs nicht nur „eine neue, flexible Denkweisen sowie ein hohes Maß technischer Kreativität. Außerdem muss man bereit sein, in entsprechende Highend-Maschinen zu investieren, auch wenn die Auslastung nicht vom ersten Tag an garantiert ist.“

Um sich für zukunftsichernde Bearbeitungsaufgaben qualifizieren zu können, entschied sich Christmann „nach ausgiebiger Markterkundung“ für die Investition in ein horizontales, in 5 Achsen simultan gesteuertes Hochgenauigkeits-Bearbeitungszentrum von Yasda. Das bei Christmann installierte Horizontalzentrum vom Typ H30i integriert ein Magazin mit 32 Plätzen für 300er Präzisionspaletten auf denen Werkstücke mit einem Einzelgewicht bis 80 kg aufgespannt werden können. Das Magazin verfügt im Zentrum über einen rotierenden Handlinglift, der die Paletten im Kreis über vier Etagen verteilt ein- und auslagert. Durch diese Anordnung, baut das Palettenmagazin – wie die Maschine selbst – sehr kompakt. Wie es sich gehört, lässt sich das Palettenmagazin prozessparallel be- und entladen, wobei die ergonomisch platzierte Schleuse ein bequemes und sehr effizientes Rüsten ermöglicht. Das Palettenmanagement ist in der (über Ethernet mit einem Host-Rechner für NC-Programme vernetzte) Maschinen-CNC integriert. Auch das ist sehr komfortabel und effizienzsteigernd. Muss zum Beispiel ein Eilauftrag kurzfristig eingelastet werden, genügen dafür zwei bis drei Eingaben an der Fanuc-Steuerung vom Typ 31i A5.

Paletten können Werkstücke bis 80 kg aufnehmen

Christmann: „Die Yasda H30i ist sehr flexibel einsetzbar. Wir können damit Einzelteile und Kleinserien, automatisiert und somit ohne großen Personaleinsatz in höchster Präzision Komplettbearbeiten. Das funktioniert mit Aluminium, Guss, Stahl und auch exotischen Werkstoffen gleichermaßen zuverlässig.“ Was von Seiten des Herstellers bestätigt wird: „Eine ganz wesentliche Stärke aller Yasda Maschinen ist die sehr hohe Grundgenauigkeit. Alle qualitätsbestimmenden Maschinenkomponenten sind so dimensioniert, dass die Lehrenbohrwerksqualitäten auch bei starker Beanspruchung über lange Zeiträume zuverlässig erhalten bleiben. Im Grundaufbau, in den Führungen, den Achsantrieben und Werkzeugspindeln stecken jahrzehntelange Erfahrungen, die in Summe zu einem statischen, dynamischen und thermischen Verhalten führen, dass weltweit nur von ganz wenigen Maschinenherstellern angeboten wird.“

Richten wir also unseren Blick zum Beispiel auf die klimatisierte Spindel. Das gekühlte Spindelgehäuse hält eine Temperaturabweichung zum Maschinenkörper im Bereich von lediglich ±0,2° C. Zusätzlich kompensiert ein Softwarepaket die verbleibende Längendehnung der Spindel, wobei verschiedene Drehzahlsprünge und das Verhalten der eingesetzten Werkzeuge berücksichtigt werden. Die keramischen Schrägschulterlager der Spindel werden durch ein Aerosol geschmiert. Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, sind auch die Lagersitze der Kugelumlaufspindeln temperiert. So wird verhindert, dass die von den Servomotoren ausgehende Wärme in die Umlaufspindeln eindringt.

In allen fünf Achsen sind direkte Wegmesssyteme im Einsatz

Ferner sorgen direkte Wegemesssystem in allen fünf Achsen, also auch im Rundtisch, für Präzision. Der Rundtisch ist großzügig dimensioniert und bietet eine Positioniergenauigkeit von ±3.0 Winkelsekunden. Kleinstes Inkrement ist 0.0001°. Die Wiederholgenauigkeit beim Palettenwechsel liegt bei ±2µm. Und: „Unsere Paletten sind spielfrei und zudem so steif, dass sie sich auch bei hohen Spankräften nicht verformen.“ Übrigens: Selbst nachgekaufte Paletten haben die gleichen Positionier- und Wiederholgenauigkeit wie die ursprünglich mit der Maschine ausgelieferten - die Referenzierung mit einer Meister Curvic Verzahnung und einer Meisterpalette machen es möglich.

Selbst wenn Wärme auf die Palette einwirken würde, würde sich der Null-Punkt der Palette nicht verschieben. Denn die Curvic-Verzahnung ist ballig ausgelegt und hat dadurch nur eine punktuelle Anlage. Diese Art der ursprünglich von der NASA stammenden Verzahnung ist teuer, aber sehr wirkungsvoll und dauerhaft genau. Selbst das Kühlmittel ist klimatisiert.

Durch die horizontale Bearbeitung der Werkstücke fallen die Späne auch bei tiefen Taschen sehr gut heraus und durch die vertikale Lage der Palette leicht von dieser herunter; selbst Aluminiumspäne, die gerne überall anhaften. Die Anordnung der Tischbaugruppe ermöglicht erhöhte Freiheitsgrade auch für Bearbeitungen zum Beispiel unter minus 45°. Zum Palettenwechsel schwenkt die Palette gar um 180° zur Spindel. Späne werden über zwei Spiralspäneförderer entsorgt, die vor und hinter dem Maschinentisch angeordnet sind. Sie übergeben die Späne an einen Scharnierbandförderer, der die Späne in 1,1 m Abwurfhöhe aus der Maschine herausbringt. Die vertikale Palettenaufnahme wird bei jedem Wechsel abgespült und abgeblasen, was Verschmutzungen der Schnittstelle nahezu unmöglich macht. Das ist ebenso eine Grundvoraussetzung für das mannlose Fertigen rund um die Uhr, wie das Erkennen von Werkzeugbruch. Hierfür ist ein Hybridlaser eingebaut, mit dem sich die Geometriedaten der Werkzeuge erfassen oder kontrollieren lassen.

Kettenmagazin kann hauptzeitparallel bestückt werden

Wenngleich Yasda für die H30i Werkzeugspeicher mit bis zu 240 Plätzen anbietet, hat sich Christmann für das 120er Magazin entschieden. „Der Werkzeugvorrat reicht für viele verschiedene Einzelaufträge inklusive Schwesterwerkzeuge“, begründet Christmann. „Außerdem können wir das Kettenmagazin bei Bedarf parallel zur Bearbeitung neu bestücken.“ Wobei beim Thema Toolmanagement noch auf eine Besonderheit hingewiesen werden muss: „Hier im Haus hat sich eine dreistellige Nummernkodierung für die Werkzeuge etabliert. Dieses Ordnungssystem haben wir auf die Werkzeugverwaltung in der Maschinen-CNC übertragen. Die Bediener wissen anhand der Nummer um welches Werkzeug es sich handelt.“

Yasda bietet für die kundenindividuelle Konfiguration bei allen Baureihen zahlreiche Optionen. Christmann entschied sich bei der H30i zum Beispiel für eine Spindel mit 20.000 min-1, Standard sind 12.000 min-1. Bei einer Einschaltdauer von 100 % leistet die Motorspindel von Fanuc 18,5 kW, kurzzeitig auch 22 kW. Die Motorspindel ist mit einer Mantel-Flüssigkeitskühlung ausgestattet. Das System minimiert den Leistungsverlust und Wärmeverzug, was zu einer hochdynamischen Leistungsentfaltung bei höchster Feinbearbeitungsqualität führt. Weitere Ausstattungsmerkmale sind lineare Wegemeßsysteme von Heidenhain für die X-, Y-, Z-, A- und B-Achse mit Auflösungen von 0,1 µm, respektive 0,0001°.

Keine Abstriche bei der Dynamik

Die Positionsabweichung der H30i beträgt nach VDI/DGQ3441 über den gesamten Verfahrweg in X, Y, Z nur ±0.002mm. Der Verdacht, dass die Genauigkeit Performance kostet, wird spätesten beim Blick auf die technischen Daten eines Besseren belehrt. Bei Verfahrwegen in X von 650 mm sowie in Y und Z von 560 mm, beschleunigen die Achsen auf bis zu 60 m/min. In Kombination mit Span-zu-Span-Zeiten von 3,9 Sekunden ist die H30i also eine echte Produktionsmaschine. Und zwar eine für die simultane 5-Achsbearbeitung. Beide NC-Rundtische verwenden ein hochgenaues und extrem stabiles Duplex-Schneckenrad. Direkte Istwerterfassung und extrem stabile Kreuzrollenlager mit großem Durchmesser sorgen für hoch belastbare und gleichmäßige Drehabläufe.

Um kleinste Einfahrtoleranzen und eine größtmögliche Haltekraft zu gewährleisten, ist jeder Rundtisch mit einem mehrstufigen Klemmmechanismus mit Scheibenbremse ausgestattet.Marcus Christmann: „Mit der H30i können wir qualitativ sehr anspruchsvolle Aufträge sehr flexibel und zudem wirtschaftlich erledigen. Ich bin sicher, dass uns die Investition einen echten Wettbewerbsvorsprung verschafft.“ W

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