Glänzende Hochleistungszerspanung

Von Harald Klieber Erst maximales Drehmoment für großes Zerspanvolumen a lá HPC, dann in HSC-Manier hohe Drehzahl für glänzende Oberflächen – beides ging bislang nur mit großem Rüstaufwand und entsprechendem Maschinenpark. Bislang. Denn AgieCharmilles wird auf der AMB deren Flaggschiffe Mikron HPM 600 U und 800 U präsentieren. Das Geheimnis: Neueste Spindeltechnologie. Damit produzieren die 5achsigen Duo-Bearbeitungszentren knapp einen Liter Späne pro Minute oder annähernd spiegelnde Oberflächen – ohne Umspannen, ohne Präzisions- und Zeitverlust.

GF AgieCharmilles hat einen großen Schritt gemacht: Der Schweizer Werkzeugmaschinenhersteller hat HSC und HPC auf einer Maschine vereint. „Allerdings mit gewissen Abstrichen“, lenkt Norbert Gold, Leiter Produktmanagement Milling bei GF AgieCharmilles in Schorndorf ein. Es seien zwar nicht die extremen Werte der hauseigenen HSC-Maschinen oder der HPC-Maschinen erreichbar – „aber das macht gerade den Reiz der Maschine aus. Sie kann beides. Sie ist die perfekte Maschine für den universellen Werkzeug- und Formenbauer, den Allrounder, der damit nicht nur sämtliche Wünsche seinen Kunden erfüllen kann, sondern jetzt auch vielen bislang aus technischen Gründen abgelehnten Aufträgen zusagen kann.“ Alle Materialien, alle Zerspanungsarten, aber auch alle Arten von Spänen sowie Naß- bis Trockenbearbeitung sind realisierbar. Und das wird immer wichtiger: „In Zukunft“, so schätzt Norbert Gold, „ist der Erfolgreichste, der der Universellste ist.“ Denn die Maschinen seien der ideale Einstieg gerade für Werkzeug- und Formenbauer, um sich eben breiter aufzustellen. „Man kann damit mehr als nur teilebezogen fertigen. Da zeichnet sich momentan ein klarer Trend ab. Formenbauer wollen immer öfter Dienstleistungen für unterschiedlichste Abnehmer anbieten – um vor allem die Konjunkturschwankungen des Hauptkunden nicht 1 zu 1 mitmachen zu müssen“, erklärt Norbert Gold. Formenbauer würden mehr denn je die Komplettbearbeitung anvisieren. Und dafür sei die Simultanbearbeitung, die eigentliche Berechtigung für 5-Achsmaschinen, zwingend erforderlich. Machbar ist nach Erfahrung von Norbert Gold fast alles: das Schmiedegesenk für automobile Kurbelwellen aus legiertem Werkzeugstahl, das mit hohem Werkstückgewicht und Formgenauigkeit auch große Maschinenstabilität und Spindelleistung fordert; das Aluminium-Bauteil für die Flugzeugindustrie verlangt indes großes Spanvolumen aus entsprechender Spindelleistung und -drehzahl für reproduzierbare Form- und Lagegenauigkeiten; noch mehr Pluspunkte bringt die HPM-Performance für Präzisions-Formenbauteile: „Die aus Stahllegierungen für die Kunststoffindustrie gefertigen Teile erfordern neben hohen Abtragsraten und Präzision besonders extreme Oberflächengüten und kurze Bearbeitungszeiten, was vor allem mit einer herkömmlichen Maschine nicht in Einklang zu bringen war“, unterstreicht Norbert Gold den Entwicklungsgedanken der neuen Baureihe. „Die Herausforderung bestand für unsere Konstrukteure der HPM 600 und 800 U darin, höchste Dynamik und Geschwindigkeit mit Kraft zu kombinieren.“ Die Entwicklung würde ganz klar zum High Performance Milling (HPM) gehen, das nach Einschätzung von Norbert Gold im Prozess nicht mehr weit weg von der HSC-Bearbeitung ist. Für die HPM-Maschinen ist AgieCharmilles allerdings einen eigenen Weg gegangen: Die Entwicklungsabteilung in Nidau hat dafür deren HSC-Technologie mit konventioneller Fräsmaschinentechnik gepaart. „Ob Ihre Maschine nun HSC oder HPC beherrscht, offenbart sich nicht, wie man meinen könnte, beim Fräsen im gehärteten Stahl. Dieser Prozess sieht immer gut aus“, weiß Norbert Gold. Deutliche Spuren würden dagegen in Aluminium hinterlassen, das weder maschinenbautechnische noch programm- oder werkzeugtechnische Fehler verzeihen würde. „Wenn die Maschine schwingt, bekommen Sie die Bewegungen in der Z-Achse 1 zu 1 auf Ihre Werkstückoberfläche übertragen“, erklärt Norbert Gold seinen Tipp zum Qualitätscheck einer Maschine. Neueste Erkenntnisse seien daher auch in die neuen HPM-Maschinen eingeflossen: Hauptmerkmal sind die in der HPM 600 und 800 U erstmals verwendeten versetzten Führungen, die der Bearbeitung nicht nur im Zentrum des Tisches, sondern vor allem in den Extrempositionen die erforderliche Stabilität und Ruhe verleiht. Zweites Highlight ist die Spindeltechnologie: „Wir verwenden die neuen Inline-Spindeln von unserer Konzerntochter Step-Tec. Der große Vorteil besteht darin, dass der Motor von der eigentlichen Spindel getrennt ist, was unserer Erfahrung nach die Kosten bei Schadensfällen in der Regel mehr als halbiert“, betont Norbert Gold. Die Steckkupplung schützt den Motor, der das Kernstück der Flexibilität bildet, weil er die Spindel mit bis zu 20.000 min-1 voll ausnutzen kann und kurz danach auf ein Drehmoment von bis zu 84 Nm zurückgreift, um mit einem 58er Vollbohrer in Stahl einzutauchen. „Sie können also sowohl exzellente Ergebnisse ganz nach dem HSC-Gedanken in der Finishbearbeitung erzielen oder aber auch nach HPC richtig dicke Späne machen“, skizziert Norbert Gold das Maschinenpotenzial. Für alle Bearbeitungsarten steht die passende Step-Tec-Spindel bereit. Die Inline-Motorspindeln mit Drehzahlen von 15.000 oder 20.000 min-1 für ISO 40, respektive HSK-A63, werden für die allgemeine Bearbeitung in Stahl eingesetzt. Für Bearbeitungen mit kleinen Werkzeugen, wie bei komplexen Freiformflächen oder für die Bearbeitung von Werkstoffen, die hohe Schnittgeschwindigkeiten erfordern, empfiehlt GF AgieCharmilles die 30.000er Motorspindel von Step-Tec. Generell ist die Spindelbauart äußerst servicefreundlich und mit automatisch geschmierten Keramikhybridlagern ausgerüstet. Außerdem sind die Motorspindeln vektorgeregelt, so dass Gewindeschneiden ohne Ausgleichsfutter überhaupt erst möglich ist. Natürlich garantieren die direkten Antriebe in der 4. und 5. Achse höchstmögliche Dynamik der Rundschwenkachsen, wobei 100%iger Simultanbetrieb und hydraulisch Klemmung eine Selbstverständlichkeit ist. In der Z-Achse bietet die 800er-Maschine eine lichte Weite von der Tischoberfläche bis zur Spindelnase von 700 mm. Die Bearbeitung voluminöser Werkstücke mit langen Werkzeugen auf allen fünf Seiten ist damit gegeben. Der maximierte Arbeitsraum ermöglicht es, zylindrische Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 800 mm zu bearbeiten. Durch die geschickte Wahl der Rundschwenktisch-Dimensionen können sogar Werkstücke in einer Höhe von bis zu 600 mm und mit 100 mm langen Werkzeugen rundum bearbeitet werden. Die 5-achsige HPM 800U ist also für schwere Schrupparbeiten oder für genaue Schlichtarbeiten an Formenbau- und Produktionsteilen prädestiniert. Der stabile Aufbau, die direktangetriebenen Rund- und Schwenkachsen sowie die Inline-Motorspindel bieten nach Erfahrung von Norbert Gold alle Voraussetzungen für eine prozesssichere Fertigung mit flexibler Werkstückautomation. Mit Fräsern von 40, 16 und 12 mm Durchmesser wird mit dynamischen simultanen Fünfachsbewegungen beispielsweise ein Segment mit drei Schaufelblättern aus Aluminium in 66 min gefräst. Der erreichbare arithmetische Mittenrauwert (Ra) an den Schaufelseiten beträgt 0,7 µm. Getoppt wird dieser Wert nur noch von der kleineren, 3-achsigen, aber hochdynamischen HPM 600 HD, die AgieCharmilles besonders für den Werkzeug- und Formenbau, Schmiedegesenke und übliche mechanische Bearbeitungen empfiehlt. Hier ist der Maschinenkörper eine Fahrschlittenmaschine und ein stabiles Maschinenbett aus Polymerbeton die Basis für genaue Fertigungsergebnisse bei hoher Abspanleistung. Als ein Beispiel führt Norbert Gold die Bearbeitung einer Spritzgießform für eine Skibrille aus dem Werkzeugstahl Toolox 33 an. Das Schruppen und Schlichten in insgesamt vier Fräsvorgängen mit Fräsern von 16 und 8 mm Durchmesser dauert nur 33 min. Die erreichbare Oberflächenrauheit nach dem Schlichten hängt von der Programmierstrategie ab. Das Ra beträgt 0,5 µm. „Das ist das Feine. Außerdem haben wir unsere HPM-Maschinen auch auf extrem viele Späne ausgelegt. Sowohl 3-achsig als auch 5-achsig bleiben dort keine Späne mehr hängen – was in punkto Automatisierung und mannlose Schicht natürlich ein ganz wichtiges Kriterium ist“, betont Norbert Gold. Denn für die Automatisierung hat AgieCharmilles die Mikron-Maschinen schon standardmäßig vorbereitet. Die Schweizer entwickeln und bauen ihre eigenen Automationslösungen – „weil wir die Automation so anbringen, dass die Zugänglichkeit für unsere Anwender 100%ig gegeben ist und weil es wesentlich günstiger ist. Rechnen Sie mit circa 15 Prozent vom Maschinenpreis für unsere Automationslösung“, unterstreicht Norbert Gold zwei entscheidende Pluspunkte der Mikron-Maschinen. Das Konzept beinhaltet Ausbaustufen von manueller Beladung, bis hin zum vollautomatischen Palettenmagazin, einschließlich dem Handling entsprechend großer Werkzeugmengen. Als ebenso lukrativ erachtet der Fräsmaschinen-Experte die Mikron-typischen Smart-Module. Speziell für die HPM-Maschinen hat AgieCharmilles die insgesamt neun Module komplett überarbeitet und angepasst. Beispielsweise überwacht das APS für die Bediener automatisch die Spindel. Ausgewertet werden die g-Kräfte, die auf die Spindel wirken. „Das APS registriert die Unwucht in 1 bis 7 Stufen. Und der Bediener kann einsehen, wie er die Spindel belastet“, erklärt Norbert Gold das Prinzip. Damit würde sich auch gut erkennen lassen, welche Programme oder Programmierstrategien die Spindel schonen und welche nicht. „Und APS verringert auch den Maschinenstundensatz. Denn je mehr in den hohen g-Bereichen gearbeitet wird, desto mehr wird die Spindel belastet.“ Mit den Modulen des smart-machine-Baukastensystems verspricht AgieCharmilles für die Mikron-Maschinen einen optimalen Prozess: Mehr Genauigkeit, gesteigerte Oberflächengüte, Formgenauigkeit sowie verbesserte Sicherheit, die eben besonders im mannlosen Betrieb viele Möglichkeiten bietet. Dabei erfüllt jedes Modul eine konkrete Aufgabe: Zu dem Spindel überwachenden APS gibt es das OSS, das das dynamische Verhalten der Maschine je nach Werkstück 12-fach vordefiniert einstellt; das Managementsystem Sigma FMC für Bearbeitungszellen, für unbemannte Job-Bearbeitung und die Weiterverarbeitung von Prozessdaten; und das ITC 5X überwacht sogar das thermische Verhalten von 5-Achs-Maschinen und kompensiert auch äußere Einflüsse automatisch durch Rekalibrierung. „ITC bringt natürlich erhebliche Produktionsvorteile. Wir empfehlen unseren Anwendern aber auch, vor allem das Rüsten von den Maschinen zu nehmen und dafür Messtaster schon auf der Maschine einzuwechseln. Bei uns ist das Standard. Die von uns eingesetzten Messtaster bringen unheimliche Produktivitätsvorteile“, verspricht Norbert Gold ein gutes Stück mehr von den begehrten 8.760 Stunden Maschinenkapazität pro Jahr ausnutzen zu können.

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