Fräsen und Bohren Mehrspindlige Bearbeitungszentren erschließen Leistungspotenzial

Die Fertigungsoptimierung fokussiert sich nicht mehr allein auf den eigentlichen Zerspanprozess. Bei der Betrachtung der Stückkosten sind die Nebenzeiten entscheidend. Entsprechend konfigurierte mehrspindlige horizontale Bearbeitungszentren tragen zur Reduzierung von Nebenzeiten bei. Der Aufbau der Bearbietungszentren erschließt auch bei optimierten Arbeitsabläufen noch Rationalisierungspotenzial.

Anbieter zum Thema

Baß Antriebstechnik GmbH

JESSBERGER GmbH

CMS Automatisme

Samag Saalfelder Werkzeugmaschinen GmbH

Grundsätzlich ist die beste Maschine diejenige, die ohne Abstriche und ohne Zusatzfunktionen die ihr zugedachte Aufgabe erledigt, einfach zu bedienen ist und wenig Ausfälle hat. Sondermaschinen, auf eine bestimmte Bearbeitung hin konstruiert, sind für diese Aufgabe die produktivste mögliche Lösung – und für alle anderen Aufgaben quasi unbrauchbar, weshalb die Flexibilität eines Bearbeitungszentrums in Zeiten immer kürzer werdender Produktlebenszyklen in den Vordergrund rückt.

Wenn ein zweispindliges Bearbeitungszentrum zwei große Werkstücke gleichzeitig bearbeitet, ist es für Werkstücke gleicher Ausprägung doppelt so produktiv wie ein einspindliges. Noch anders sieht die Sache aus, wenn man kleinere Werkstücke hat, so dass eine Spindel zwei oder mehr bearbeiten kann. Es kann dann immer ein Vielfaches der Spindelanzahl in einer Aufspannung bearbeitet werden.

Die mögliche Werkstückgröße hängt immer vom maximal machbaren Spindelabstand ab. Bei den zweispindligen Bearbeitungszentren Samag MFZ 2-2 liegt dieser bei 450 mm, bei der dreispindligen Ausführung beträgt er zweimal 300 mm (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Allgemein lässt sich sagen, dass ein mehrspindliges Bearbeitungszentrum die Produktivität einer Sondermaschine mit der Flexibilität eines Bearbeitungszentrums vereint. Zur Produktivität tragen die Werkzeugsysteme ebenso bei wie die Antriebe für die einzelnen Achsen, die schnell und positioniergenau die Bearbeitungsschritte ansteuern.

Pick-up-System im Bearbeitungszentrum sorgt für flotten Werkzeugwechsel

Der Werkzeugwechsel in den Bearbeitungszentren der MFZ-Baureihe geschieht mit einem effizienten Pick-up-System. Das Magazin bei dreispindligen Maschinen MFZ 2-3 ist mit 90 Plätzen in zehn Kassetten ausgerüstet und in der Standardausführung für Werkzeuge bis zu 6 kg Gewicht ausgelegt.

Werkzeugwechsel im Pick-up-System bedeutet, dass die Spindeln die benötigten Werkzeuge aus dem Magazin entnehmen, sich also sozusagen selbst bestücken. Dieses Magazin in Form einer horizontalen zehneckigen Scheibe ist oberhalb des Bearbeitungsraumes angebracht.

Der Wechsel erfolgt mit dem automatischen Werkzeugwechselsystem HSK. Eine hydraulische Einheit löst die Arretierung der Spannsysteme, die die Werkzeuge in Kunststoff- oder Stahlhaltern fixieren. Die Zeit, die dieser Vorgang benötigt, relativiert sich beispielsweise durch die Bearbeitung mehrerer Werkstücke mit einer Werkzeugspannung.

Die Span-zu-Span-Zeit als Messgröße einer Werkzeugmaschine steht also immer in Beziehung zum betrachteten Arbeitsgang. Wenn vier Werkstücke mit zwei Spindeln bearbeitet werden, ist diese Zeitspanne des einzelnen Werkstückes nur halb so lang wie bei zwei Werkstücken. Bei den MFZ-Bearbeitungszentren beträgt die mittlere Span-zu-Span-Zeit 4 s.

Kurzer Kraftfluss durch horizontale Spindeln im Bearbeitungszentrum

Der Vorteil eines horizontalen Bearbeitungszentrums besteht in einem sehr kurzen Kraftfluss zwischen Werkstück und Bearbeitungseinheit. Dadurch arbeitet das horizontale Bearbeitungszentrum sehr stabil.

Gerade bei schwerer Zerspanung zeigt sich der konstruktive Vorteil der horizontalen Spindelrichtung: Weil sich der Weg der Spindeln unter Last verändert, wird diese Veränderung bei der größeren Länge von vertikalen Spindeln gravierender als bei den kürzeren horizontalen.

Die Y-Achse trägt die X- und die Z-Achse, die für die horizontale Vorschubbewegung der Spindeln verantwortlich sind, und positioniert sie vertikal. Ein hydraulischer Gewichtsausgleich mit zwei Zylindern kompensiert das Eigengewicht dieser Achseinheit beim Verfahren (Bild 2). Es ist mit dieser Konstruktion möglich, die Antriebe moderater zu dimensionieren und die Maschine wirtschaftlicher auszulegen.

Vertikale B-Achsen des Bearbeitungszentrums sind einzeln ansteuerbar

Erstmals sind in den zwei- und dreispindligen Bearbeitungszentren der Baureihe MFZ 2 die optional verfügbaren vertikalen B-Achsen für die Fünf-Achs-Bearbeitung einzeln ansteuerbar. Damit wird die spanende Bearbeitung kubischer Werkstücke effizienter, weil die Justage vereinfacht wird.

Auf der Trägerbrücke können zwei oder drei Tische angebracht sein, die jeweils mit einem eigenen Antrieb ausgestattet sind. Schnellere Schwenkzeiten aller Achsen reduzieren die Bearbeitungszeit des einzelnen Werkstückes zusätzlich.

Die horizontale A-Achse benötigt für den Schwenk von 0 bis 180° lediglich 1,8 s, die B-Achse sogar nur 1,5 s. Die reduzierten Stückzeiten summieren sich zu einem wirklichen Einsparfaktor, und die unproduktiven Nebenzeiten werden aufgrund des neuen Achsenkonzeptes deutlich verringert. Durch die hohe Steifigkeit und Thermostabilität des Maschinenbettes bleibt eine absolute Genauigkeit auch bei schweren Aufgaben wie der Zerspanung von Guss- und Stahlteilen erhalten.

Weitere Potenziale zur Stückkostensenkung erschließt die Integration von standardisierten Handhabungszellen, die Samag für die Bearbeitungszentren der MFZ-Baureihen anbietet (Bilder 3 und 4). In diesen Zellen übernimmt ein Roboter die Be- und Entladung der Maschine. Möglich ist mit den Bestückungsrobotern die Handhabung selbst schwerer Gussteile.

Anwender von Bearbeitungszentren wollen alles aus einer Hand

Die Zellen erfüllen gleich mehrere Anforderungen. Zum einen wünschen sich Anwender zunehmend eine möglichst komplette Turnkey-Lösung, bei der die Abstimmung der einzelnen Arbeitsschritte direkt dem Maschinenhersteller übertragen wird. Nicht allein aus Komfortgründen, sondern vor dem Hintergrund der Zeitersparnis werden Komplettbearbeitungen wichtiger.

Andererseits stellen automatische Handhabungsprozesse zusammen mit einer hohen Flexibilität der Bearbeitungszentren den größten Faktor zur Stückkostenreduzierung dar. Das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis ergibt sich aus dem hohen Durchsatz, den die MFZ-Bearbeitungszentren durch kurze Rüst- und Bearbeitungszeiten erreichen.

Wie alle Standardisierungsmaßnahmen bietet auch die Vorschaltung der Roboterzellen vor die Bearbeitungszentren Vorteile bei Konstruktion und Installation. Der Installationsaufwand wird beträchtlich minimiert, weil die softwareseitige Programmierung der Schnittstelle und die Parametrierung des Roboters bereits beim Hersteller Bartsch erfolgt.

Bei Samag schließt sich dann noch die werkstückseitige Programmierung an, denn dort ist das Spezialwissen über die Besonderheiten der Kundenapplikation vorhanden. Insgesamt wird die elektrische Inbetriebnahme der gesamten Anlage deutlich vereinfacht, wovon der Kunde direkt profitiert.

Detlef Stoebe ist Geschäftsführer der Saalfelder Werkzeugmaschinen GmbH in 07318 Saalfeld.

(ID:242400)