Bearbeitungszentren Genaues Fünf-Achs-Fräsen von Composite-Bauteilen

Autor / Redakteur: Udo Hipp / Rüdiger Kroh

Zum Bearbeiten von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen für die Automobilindustrie wurde ein automatisiertes Frässystem realisiert. Bei der Anlage mit Roboterbeladung kam es vor allem auf eine reproduzierbare Bearbeitungsgenauigkeit und eine hohe Dynamik in der mehrachsigen Komplettbearbeitung an.

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(Bild: Hermle)

Das Hightech-Land Schweiz ist immer für Überraschungen gut. Abzulesen ist dies beispielsweise an der Automobilindustrie, die es bei den Eidgenossen so nicht gibt. Jedoch sind in der Schweiz gerade in dieser Branche zahlreiche Zulieferbetriebe am Werk, die sich deutlich mehr als kreativ-innovative Technologie- und Dienstleistungs-Partner, denn nur als sogenannte verlängerte Werkbänke präsentieren. Ein gutes Beispiel dafür ist die Connova AG in Villmergen. Im Jahr 1983 gegründet, und zunächst vor allem in den Segmenten Modell- und Formenbau für Gießereiprodukte tätig, hat sich das Unternehmen über den Weg vom klassischen Werkzeugbaubetrieb zu einem international gefragten Spezialisten für Bauteile und Baugruppen aus Faserverbundwerkstoffen entwickelt. Dort wird von der Idee bis hin zur dokumentierten Material-, Bauteil- und Lieferqualität die Prozess- und Wertschöpfungskette beherrscht.

Leichtbaustrukturen führen zu mehr Energieeffizienz

Der Firmenslogan „new ways in composites“ beschreibt die zukunftsorientierten Möglichkeiten, die sich den Industrien und Endkunden durch die Verwendung von spezifisch entwickelten Faserverbundwerkstoffen ergeben. Denn Leichtbaustrukturen und Materialeinsparungen führen in der Luftfahrt und Transportlogistik sowie in der Fahrzeugtechnik zu mehr Energieeffizienz; oder durch höhere Dynamik zur Steigerung von Leistung und Genauigkeit in der Produktion. Und nicht zuletzt sind durch Werkstoffsubstitutionen ganz neue Lösungsansätze in Design, Funktionsintegration und damit Funktionalität möglich.

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Jon Andri Jörg, CEO der Connova AG, sagt zum Dienstleistungsspektrum des mittlerweile 59 Beschäftigte umfassenden Spezialistenteams: „Wir verstehen uns als Partner, der im Bereich Composites die Kunden von der Produktidee, über das Engineering, die Auswahl des Materials, die CNC-Fertigung der Modelle, Formen und Werkzeuge sowie der CNC-Bearbeitung der laminierten Teile bis zur Wartung und Reparatur der Werkzeuge und Bauteile begleitet.” Gerade der mechanischen Bearbeitung komme in Zeiten der sich rasant entwickelnden Verwendung spezieller Composite-Bauteile eine große Bedeutung zu. Da sei es von entscheidendem Vorteil, auch in der drei- bis fünfachsigen Bearbeitung der Composite-Bauteile Expertenwissen vorweisen zu können.

Systemlösungskompetenz überzeugte

Sehr deutlich wird dies daran, dass ein entsprechend den längeren Automobil-Modellzyklen mehrjährig laufender Fertigungsauftrag für Composite-Bauteile durchaus mehrere Tausend Stück umfassen kann, die es nach JIT-Kriterien chargenweise zu produzieren und anzuliefern gilt. Aus diesem Grund hat Connova vor gut 15 Monaten in ein flexibles Fertigungssystem der Berthold Hermle AG investiert. Der Beschaffung ging ein ausführlicher Evaluationsprozess mit Testbearbeitungen voraus, den Hermle klar für sich entschied. Neben der reproduzierbaren Bearbeitungsgenauigkeit und der Dynamik in der mehrachsigen Komplettbearbeitung, überzeugten vor allen Dingen die Systemlösungskompetenz.

Die flexiblen Fertigungssysteme von Hermle sind modular konzipiert. Sie bestehen aus Fünf-Achs-CNC-Bearbeitungszentren,Robotern, Palettenrüstplätzen und Regalblöcken für Paletten sowie Zusatzwerkzeuge. Das bei Connova installierte automatische Frässystem umfasst ein Bearbeitungszentrum C 50 U, ein Robotersystem RS3 mit Linear-Zusatzachse, einen Palettenrüstplatz sowie vier Regalblöcken zur Aufnahme von insgesamt 43 Werkstückpaletten (33 Stück 800 mm × 800 mm × 540 mm und zehn Stück 1000 mm × 1000 mm × 540 mm).

Werkzeugmagazin mit 60 Plätzen

Die C 50 U wurde deshalb ausgewählt, weil sie mit dem großen Arbeitsbereich von 1000 mm × 1100 mm × 700 mm den Löwenanteil an Werkstücken, die zu bearbeiten sind, abdeckt. Die Maschine ist mit einem NC-Schwenkrundtisch mit 1150 mm, Durchmesser, einer Hauptspindel mit 18.000 min-1, der Werkzeugaufnahme HSK-A63, einem Standard-Werkzeugmagazin mit 60 Plätzen, automatischer Kabinentür, Messtaster, Werkzeugbruchüberwachung und der Steuerung Heidenhain iTNC 530 HSCI ausgerüstet. Zur Aufnahme der Werkstückpaletten wurde ein Nullpunkt-Spannsystem installiert. Der Roboter hat die Aufgabe, die Paletten vom Rüstplatz in eines der Regale und von dort in die Maschine zu befördern oder von dort eine Palette abzuholen und im Regal zwischenzulagern beziehungsweise an den Rüstplatz zu übergeben. Da bei den Composite-Bauteilen vor allem Fräsbearbeitungen und weniger Bohrbearbeitungen anstehen, reichen die 60 Plätze im Werkzeugmagazin völlig aus, um die Fünf-Achsen-Komplettbearbeitung an fünf Werkstückseiten durchführen zu können.

Nach relativ kurzer Einarbeitungszeit nutzten die Mitarbeiter das flexible Fertigungssystem wahlweise im bedienten Einschichtbetrieb oder mannlos in der zweiten Schicht sowie auch zur mannlosen Wochenend-Fertigung. Dazu erklärt Philipp Folghera, Leiter CNC-Fertigung bei Connova: „Die für uns typischen Fertigungschargen liegen zwischen 1 und 20 Stück und gehen auch mal hoch bis auf 150. Im flexiblen Fertigungssystem befinden sich zeitweise zwischen 30 und 40 unterschiedliche Aufträge oder verschiedene Werkstücke, die wir automatisch abarbeiten, etwa durch Rundum-Besäumen oder Fräsen von Löchern und Ausbrüchen.” Das Konzept des Bearbeitungszentrums mit drei Achsen im Werkzeug und zwei Achsen im Werkstück sei für die Composite-Bearbeitung ideal, weil sich auch die kontur- oder formbedingt zum Teil sehr lang auskragenden Fräswerkzeuge dank der freien fünfachsigen Anstellung immer im 90°-Winkel zur Laminat-Oberfläche befänden.

Delaminierung und Ausfransungen werden vermieden

„Dadurch, und mittels materialgerecht ausgelegter Werkzeuge, werden die Delaminierung sowie Ausfransungen schon im Ansatz vermieden und wir können Werkstück für Werkstück Qualität produzieren“, so Folghera. In der Praxis bedeutet dies, tagsüber anspruchsvolle Kurzläufer und nachts oder am Wochenende mehr oder weniger komplexe Langläufer zu bearbeiten, was natürlich ohne Kühlschmierung oder höchstens mit Minimalmengenschmierung
geschieht. Dadurch erübrigte sich auch die sonst übliche Hochdruckanlage zur inneren Kühlmittelzuführung. MM

* Udo Hipp ist Leiter Marketing bei der Maschinenfabrik Berthold Hermle AG in 78559 Gosheim

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