Flexible Präzision als System

Möglichst viele Arbeitsgänge auf einer Maschine ohne Umspannen des zu bearbeitenden Werkstücks zu realisieren, ist selbst bei komplexen fünfachsigen Maschinen eine technologische Herausforderung. Wie individuell und flexibel zukünftige Fertigungsprozesse gesteuert werden müssen, zeigt sich schon daran, dass eine Anlage unterschiedlichste Kühlschmiermedien für die Werkzeuge und Werkstücke gleichzeitig am Spindelausgang oder am Fräskopf zur Verfügung stellen muss.

Bis vor ein paar Jahren war die Zielsetzung noch, auf einer einzigen Maschine die Arbeitsgänge Schruppen und HSC (High Speed Cutting)-Fräsen von Stahl und Nicht-Eisen-Metallen gleichermaßen ohne Einschränkungen durchführen zu können. Mittlerweile wird längst eine noch weitergehende Individualisierung der Fräsköpfe gefordert. Sollen beispielsweise in ein spanendes System gleichzeitig Schleifprozesse integriert werden, liegen oftmals die Störkanten des Bearbeitungskopfes zu nahe an der Schleifscheibe – oder die Flächen der Werkstücke können mit den Achsen der Maschine nicht mehr angefahren werden. Ein aufwändiges Umspannen wäre nötig, woraus jedoch zwangsläufig weitere Toleranzen und Ungenauigkeiten im Bearbeitungsergebnis resultieren würden. Die Frage nach der idealen Fräskopfgeometrie für unterschiedliche Maschinen geht einher mit der Forderung nach der geeigneten Spindel. Allerdings kommt man schnell zu dem Ergebnis, dass es keine Variante gibt, die alle Bedingungen maximal erfüllt. Das Jülicher Systemhaus CyTec, seit über zehn Jahren spezialisiert in der Spindel- und Fräskopftechnologie, hat dies zum Anlass für die Entwicklung eines modularen Systems genommen. Das Ergebnis ist eine Fräskopfbaureihe, die jeweils individuelle Kombinationen von Achsen und Spindeln ermöglicht. Die CyTec NC-Fräsköpfe mit eigens entwickelten Torque-Antrieben sind hinsichtlich ihrer Dynamik und Flexibilität marktführend. Die patentierten Direktantriebe weisen nahezu keinen Verschleiß auf und garantieren daher eine konstant hohe Präzision im Bearbeitungsergebnis. Das System ist wie ein Baukasten konzipiert, wodurch eine exakte Abstimmung des Grundbearbeitungskopfes auf die jeweilige Kundenanforderung möglich wird. Der Baukasten ist in drei Ebenen gegliedert. Auch die Differenzierung in vier unterschiedliche Leistungsklassen hat sich seit der Einführung dieses Systems vor etwa fünf Jahren bestens bewährt: Mittlerweile wurden bereits mehrere hundert Maschinen mit Fräsköpfen von CyTec ausgerüstet. Bei jeder Baureihe steht die erste Achse – in der Regel ist die C-Achse – vertikal als auch horizontal (als B-Achse) zur Verfügung. Für die zweite Achse (Fräskopf) stehen immer zwei Varianten, nämlich die Gabel- oder die Universalbauform, als Standard zur Verfügung. Die Version „Gabel“ kommt vor allem im Formenbau und in der Fertigung von Flugzeugelementen zum Einsatz. Sie zeichnet sich gegenüber anderen Bauformen durch eine höhere Dämpfung und geringere Schwingungsneigung aus. Die Universalbauform mit birotativer Schwenkachse findet ihren Anwendungsbereich auf Grund der erhöhten Freiheitsgrade hauptsächlich in der flexiblen Fünf-Seiten-Bearbeitung von komplexen Werkstücken. Der integrierte Torquemotor in der Schwenkachse garantiert dabei ein Höchstmaß an Positioniergenauigkeit. Einen automatischen Kopfwechsel in Verbindung mit einem Geradkopf ermöglicht die dritte Variante. Geradköpfe können zum Hochleistungsbohren und Leistungsplanfräsen eingesetzt werden, wobei eine Zerspankapazität von bis zu 1.500 cm³/min erreicht werden kann. Diese Fräsköpfe werden mit dem bewährten hydromechanischen Spannsystem CyTrac in der C-Achse an- und abgedockt. Als vierte Variante gibt es zu jeder Baureihe einen horizontalen Schwenkkopf (B-Achse mit angeflanschter Motorspindel), der zunehmend in Kombination mit einem Rundtisch zur fünfachsigen Bearbeitung genutzt wird. Zu jeder Baureihe gehört heute eine bestimmte Grundausstattung von Spindeln. Die Spindeln der leichten S8-Baureihe liegen im Drehmomentbereich von 20 bis 40 Nm und spielen vorrangig im Modellbau und in der Aluminiumbearbeitung eine wichtige Rolle. Die nächstgrößere Baureihe P12 für ein Drehmoment bis 60 Nm zielt auf einfachere Fräsaufgaben an Werkstücken aus Stahl ab. Im Drehmomentbereich von 100 bis 200 Nm findet die wichtigste Baureihe M21 ihr Einsatzgebiet. In Kombination mit Spindeldrehzahlen von 10.000, 18.000 und 24.000 U/min können 90 Prozent der gesamten Bearbeitungsaufgaben in der Produktionstechnik abgedeckt werden. Insgesamt stehen für die M21 sechs unterschiedliche Leistungsstufen zur Verfügung, unter anderem eine 60 kW-Spindel zur Bearbeitung von Aluminium- oder Titanstrukturteilen in der Flugzeugindustrie. Auf Grund ihrer überragenden Kombinationsvielfalt und Integrationsmöglichkeiten nimmt die Baureihe M21 mit Gabelfräskopf im gesamten Baukastensystem einen Spitzenplatz ein. Hauptsächlich für die Schwerzerspanung im Stahlformenbau wurden die Köpfe der stärksten Baureihe G30 konzipiert. Die Bandbreite der Spindeln reicht von der 700 Nm-Getriebespindel für die kraftvolle Grobzerspanung bis hin zur HSC-Finish-Spindel mit 36.000 U/min. Wie bei der Baureihe M21 bietet CyTec auch hier sechs unterschiedliche Spindelvarianten mit individuellem Aufgabenprofil.

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