Ultimative Granit-Graphit-Präzision

on Harald Klieber Die neue Fräsmaschine Premium 4030 µ graphite hätte eigentlich ‚ausschließlich’ heißen müssen. Vier gute Gründe gibt es dafür: i-mes hat die Antriebsachsen ausschließlich in Granit ausgeführt, ausschließlich Linearmotoren eingesetzt und damit ausschließlich hohe Thermo-Stabilität und gute Dämpfungseigenschaften erzielt. „Die Maschine ist komplett auf Graphit- und Kupfer-Elektroden ausgerichtet“, unterstreicht Prokurist Tobias Weber. Die ersten Anlagen gingen bereits an verschiedene Formenbauer.

Wir hatten schon vom Vorgängermodell mit Kugelgewindespindeln rund 500 Anlagen verkauft. Mittlerweile haben wir die ersten Anlagen der neuen Generation an verschiedene Formenbauer ausgeliefert. Als Highlights für die Graphitbearbeitung bezeichnet i-mes-Prokurist Tobias Weber vor allem die ausschließlich eingesetzten Linearmotoren sowie die Granitausführung aller Antriebsachsen, was besondere Steifigkeit, sehr gute Dämpfungseigenschaften und hohe Thermo-Stabilität bringt. Als ideales Maschinenkonzept für das Fräsen von Graphit- und wenn nötig, auch Kupferelektroden bezeichnet Tobias Weber sein neues Flaggschiff, die Premium 4030 µ graphite. Um dem Genauigkeitsanspruch des Elektroden-Fertigungsprozesses gerecht zu werden, hat i-mes alle neuralgischen Punkte für eine prozesssichere Fertigung in das Maschinenkonzept integriert: von der HSC-Technologie mit solider Maschinenbasis, der wegweisenden Linearmotortechnologie und schnellsten Steuerungstechnologie bis zur Absaug- und Spanntechnik sowie Multi-Messmaschine. Dass die Premium 4030 µ graphite ein optimales Maschinenkonzept für die Fräsbearbeitung von Graphitelektroden hat, unterstreicht Tobias Weber vor allem durch die optimierte Bauform mit kleiner Stellfläche und gleichzeitigem vollen und weiträumigen Zugang des Arbeitsraumes für den Bediener. „Das Konzept zielt auf ein hohes Beschleunigungsvermögen ab und gewährleistet emissionsfreie Staub-entsorgung“, so Tobias Weber. Zudem sei die Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine mit einem sehr schnellen Steuerungskonzept ausgestattet und ist somit prädestiniert für Hochleistungszerspanung von Graphit. Aber wegen der HSC-Technologie können nach Erfahrung von Tobias Weber auch andere Materialien sehr effizient zerspant werden, wie Formeinsätze in gehärteten Stählen, Kupferelektroden, Aluminium, Hartmetall, Keramik, Kunststoffe und viele mehr. „Und durch die intelligenten Software-funktionen kann die Premium auch als Multi-Sensor-Messmaschine eingesetzt werden“, betont Tobias Weber. So können wahlweise mit einem taktilen Mess-taster, einem Punkt-Lasersensor oder mit einem Linien-Lasersensor Konstruktions- und Prozessfehler frühzeitig kompensiert werden. Ausgeglichen werden so beispielsweise Deformationen von Kunststoffteilen, die beim Spritzgießen entstehen können. Ebenso lassen sich 3D-Messprotokolle von gefrästen Bauteilen oder kompletten Werkzeugen für die Qualitätssicherung generieren und archivieren. „Die beim HSC-Fräsen notwendige hohe Stabilität wird durch eine solide Maschinenbasis, bestehend aus einem Hartgestein-Granitportal mit entkoppelter Y-Achse und einem Stahluntergestell, erreicht“, erklärt Tobias Weber. Der Aufbau garantiert hohe Steifigkeit und Langzeitstabilität. Die einzelnen Granitelemente werden mit der Genauigkeit nach DIN876/Güte 00 gefertigt. Mit dem Urgestein Granit sieht Tobias Weber zudem alle Eigenschaften verwirklicht, die als Basis für eine Präzisionsmaschine gefragt sind: „Es gibt kein anderes Material, das so hohe Dämpfungwerte, hohe Thermostabilität und hohe Druckfestigkeit bietet.“ Weitere konstruktive Standzeitvorteile hat i-mes mit langzeitwartungsfreien Schwerlast-Präzisions-Linearführungen und den langzeitstabilen Linearmotoren realisiert. Letztere sind weitestgehend außerhalb vom Arbeitsraum untergebracht. So schützt schon die Anordnung die Komponenten vor Spänen und abrasiven Feinststäuben. Aber auch in punkto Handling ist die Premium 4030 µ graphite up to date. Sie ist zu jedem marktüblichen Nullpunktspannsystem kompatibel. Die Elektrodenhalter und -wechselsysteme von Hirschmann können ebenso integriert werden wie die Systeme von Erowa, System 3R und weiteren Herstellern. Durch das hohe und steife X-Querportal ist die resultierende Durchlasshöhe so bemessen, dass auch hohe Elektroden und lange Stege/Rippen bis zu einer Höhe von 100 mm bearbeitet werden können. Optional kann die Anlage mit einer automatischen Zuführung der (Nullpunktspann-) Paletten erweitert werden. Hierbei kommt ein 2-Achs-Auslegerarm zum Einsatz, der die zu wechselnden Paletten etwa auf einem getakteten Rundschalttisch ablegt. Durch diese Kombination ist nach Erfahrung von Tobias Weber eine mannlose Serienfertigung von Elektroden möglich. „Wer aber Graphit bearbeiten will, der braucht wegen der enormen Staubbildung eine spezielle, werkstattgerechte Maschine. Deshalb ist unsere Premium 4030 µ graphite mit einer Tornadoabsaugung, bestehend aus einem je nach der Anwendung angefertigten Zyklon, optimiert.“ Somit wertet Tobias Weber das Be- und Verarbeiten von Graphit mit seiner neuen Premium-HSC-Maschine als eine rundum saubere Sache, „wobei auch die anfallenden Fräs-Feinststäube für die Linearführungen und die Linearmotoren kein Problem darstellen“. Die Anlage ist in allen drei Achsen mit Linearmotoren dimensioniert. Die Linearmotortechnologie und das inkrementelle Messverfahren mittels Heidenhain-Glasmaßstäben garantieren Positioniergenauigkeiten bis ± 5 µm und Eilganggeschwindigkeiten bis 30 m/min. „Allein der Linearmotor hat gegenüber den konventionellen Kugelumlaufspindeln, wie sie in den meisten CNC-Bearbeitungsmaschinen zu finden sind, enorme Vorteile.“ Im Detail führt Tobias Weber vor allem die Verschleißfreiheit an. Dazu kommt die mechanische Reibungsfreiheit, kein Umkehrspiel, keine mechanischen Übertragungsglieder oder keine Resonanzfrequenzen bei hohen Vorschüben, was Vibrationen verursachen kann oder auch keine Achsspiel- oder Positionierprobleme im Zusammenhang mit dem Wegmesssystem. Ein weiteres Herzstück ist die von i-mes selbstentwickelte High-Motion-Control-Steuerung, die bis zu acht Achsen gleichzeitig interpolieren kann. Die Echtzeit-Berechnung unter Windows wird durch eine in dem Steuer-PC integrierte Bahnkarte realisiert. Mit einer Satzverarbeitungszeit von bis zu 0,1 ms werden auch bei kleinen Punktabständen, komplexen Geometrieformen und großen Datenmengen hohe Vorschubgeschwindigkeiten bei einem homogenen Bahnverhalten und einer hohen Bahngenauigkeit gefahren. Der notwendige, gleichförmige Fräsverlauf wird durch den integrierten Bahndatengenerator realisiert. Beim Analysieren der NC-Bahnen werden dabei die Längen der einzelnen Vektoren und die aufeinander treffenden Winkel der Vektoren betrachtet, wenn möglich zusammengefasst und mit intelligenten Algorithmen für harmonische Bewegungen berechnet. Dadurch ist ein gleichmäßiger Lauf der Maschine gewährleistet, wodurch die Fräswerkzeuge, das zu fräsende Bauteil und natürlich die Maschine selbst geschont werden. „Durch dieses einmalige Verhalten wird der effektive Schleppfehler nahezu auf Null gehalten“, verspricht Tobias Weber einen Wert von unter 3 µm für den gemessenen Schleppfehler beim Fräsen auf einer Bahnkontur mit 6 m/min Vorschubgeschwindigkeit. Die Positionierung der Anlage erfolgt dabei durch Heidenhain-Linear-Glasmaßstäbe mit einer Teilauflösung von 0,5 µm. Die einfach zu bedienende Steuersoftware unter Windows/XP erlaubt zudem das Kommunizieren mit anderen Rechnern (CAD/CAM-Stationen) im Netzwerk, wie für das Transferieren großer Datenmengen (NC-Programme). „Die Einarbeitung in die Steuersoftware ist extrem kurz, so dass die Anwendung im Vordergrund steht“, sagt Tobias Weber. Als besonderes Highlight bezeichnet Tobias Weber indes die Werkzeugverwaltung für einen voll automatisierten Prozess. „Mit dieser Funktion kann der Anwender Toleranzen der eingesetzten Fräswerkzeuge zunächst definieren, wie Laufzeit, Länge, Durchmesser.“ Während des Fräsens würden dann Messzyklen aufgerufen, um beispielsweise die Längen oder die Durchmesser der Fräswerkzeuge durch einen integrierten berührungslosen Laser zu ermitteln, so dass der Fräsvorgang mannlos und komplett automatisiert stattfinden kann. Die Maschinenstillstandszeiten und der Ausschuss werden dadurch verringert und die Produktivität und die Produktionsqualität gesteigert, verspricht Tobias Weber. Weitere Features sind Werkzeuglängenkompensation, Radiuskompensation, erweitertes G-Code-Format für die Automatisierungstechnik (Unterprogrammtechnik, Schleifen, Registervariablen, usw.), elektronisches Handrad, taktile Messsysteme (Renishaw-Taster, MARPOSS-Taster) zum einfachen Teachen der Werkstücknullpunkte. Echten Mehrwert bietet die Premium nach Einschätzung von Tobias Weber als Multi-Sensor-Messmaschine mit den jederzeit nachrüstbaren Punkt- oder Linien-Lasersensoren für den ReverseEngineering-Prozess (Flächenrückführung) oder der 3D-Messtechnik (Qualitätssicherung). „Highlight ist eine spezielle Mess-Software, die unter der Benutzer-oberfläche von PointMaster läuft und mit der Steuerungssoftware der Anlage direkt kommuniziert.“ Zudem können nach Angaben von Tobias Weber gewonnene Messdaten eines Bauteils durch bestimmte Berechnungsalgorithmen Aufspannungenauigkeiten ausgleichen, wie etwa Lagekompensation von Bauteilen, Bauteile/Rohlinge lagerichtig und versatzfrei zueinander ausrichten, oder durch generierte negierte CAD-Daten (Soll-/Ist-Ausgleich) ungewollte Verformungen von Bauteilen nach dem Spritzgussprozess kompensieren. Komplettiert wird das HSC-System standardmäßig durch eine Hochfrequenzspindel mit 2,3 kW und 40.000 min-1, die besonders bei den oft eingesetzten kleinen Werkzeugen für die erforderlichen Drehzahlen sorgt. „Die zum HSC-Fräsen zwingend notwendige hohe Rundlaufgenauigkeit der Frässpindel wird durch hochpräzise HSK25-Werkzeugaufnahmen ≤ 3 µm garantiert“, erklärt Tobias Weber. Für spezielle Anwendungen sei es auch möglich jeden anderen Spindeltyp zu adaptieren, etwa Frässpindeln bis 100.000 min-1.

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