5-Achs-Fräsen Portalfräsmaschine mit thermosymmetrischem Aufbau

Redakteur: Mag. Victoria Sonnenberg

Modell-, Werkzeug- und Formenbauer müssen unter steigendem Termindruck perfekte Qualität zu wettbewerbsfähigen Preisen liefern. Darauf reagiert Zimmermann mit der neuen Maschinenlinie FZP.

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Ausstatten lässt sich die 5-Achs-Portalfräsmaschine mit Automatisierung – hier mit beidseitigem Wechselschlitten.
Ausstatten lässt sich die 5-Achs-Portalfräsmaschine mit Automatisierung – hier mit beidseitigem Wechselschlitten.
(Bild: F. Zimmermann GmbH)

Die Ansprüche, die Modell-, Werkzeug- und Formenbauer heute erfüllen müssen, wachsen stetig: Kunden verlangen Werkstücke mit nahezu perfekten Oberflächen und einer konstant hohen Maßhaltigkeit. Der Schlüssel hierzu sind Fertigungsanlagen, die die Nacharbeit minimieren, um schnelle Lieferzeiten sicherzustellen. „Unsere Kunden belastet der steigende Kostendruck und die Forderung immer höherer Qualität bei gleichzeitig steigendem Termindruck der Bauteile. Die Reduzierung von Durchlaufzeiten bei Werkstücken war eines unserer Hauptziele bei der konstruktiv neuentwickelten FZP-Baureihe“, sagt Daniel Demlang, technischer Leiter bei F. Zimmermann. „Eine stabile Prozessführung und hohe Bearbeitungsqualität sind maßgebliche Faktoren für die Wirtschaftlichkeit unserer Anlagen.“ Dabei durfte jedoch die Individualisierbarkeit der Fräsmaschinen nicht leiden. Maschinen der FZP-Baureihe sind daher noch flexibler bei der Aufstellung und mit einem umfassenden Angebot von Zusatzoptionen konzipiert.

Die Entwickler haben bei der Entwicklung der neuen Baureihe besonderen Wert auf die Individualisierbarkeit der Maschinen gelegt. Ihre Struktur lässt sich mit unterschiedlichen Senkrechtschiebern und Portalen in der Länge und Breite variieren und sich so auf unterschiedlichste Werkstückgrößen anpassen. Die “leichteste” Maschine aus der FZP-Linie ist die neue FZP32 mit einem Arbeitsbereich bis X = 10, Y = 4 und Z = 2,5 Metern. Der Anwender kann damit unter anderem Blockmaterialien, Kunststoffe, aber auch CFK, GFK und Aluminium bearbeiten. Durch den großen Arbeitsraum ist es möglich auch Bauteile ohne Umspannen komplett zu fräsen.

Der modulare Aufbau der Maschine bietet die Möglichkeit, verschiedene Optionen zu berücksichtigen: Automatisierungslösungen, wie ein Palettenwechselsystem, ein positionierbarer Rundtisch, Staubabsaugglocken oder ein individualisiertes Werkzeugspannsystem sind möglich.

Daniel Demlang, technischer Leiter bei Zimmermann

Wichtig war es den Entwicklern, die FZP-Linie für maximale Maßhaltigkeit bei der Werkstückbearbeitung zu entwickeln. Denn sich verändernde Temperaturen in der Halle sowie lange Maschinenlaufzeiten beeinflussen zwangsläufig die Bearbeitungsqualität. Deshalb wurde die Portalfräsmaschine thermosymmetrisch aufgebaut – ein Konzept, das erstmals bei Zimmermann 2017 in der kompakten Portalfräsmaschinenlinie FZU zum Einsatz kam.

Die Idee des thermosymmetrischen Aufbaus beruht darauf, dass zwangsläufig anfallende thermische Einflüsse in erheblichem Maße durch den Aufbau der Maschinenstruktur absorbiert werden können.

Daniel Demlang, technischer Leiter bei Zimmermann

Zimmermann hat bei den Portalfräsmaschinen der FZP-Linie Frässpindel, Führungen und andere genauigkeitsbestimmende Bauteile so angeordnet, dass ihre Erwärmung entweder absorbiert wird oder sich in unkritische Richtungen ausdehnen kann. Der mittig geführte Z-Schieber des Portals in Doppelbrückenbauweise hat einen achteckigen Querschnitt, der ihn besonders stabil macht. „Mit diesem Aufbau erreichen wir eine sehr hohe thermosymmetrische Stabilität“, sagt Demlang. Vergleichbare Anlagen nutzen dazu meist eine aufwendige Kühlung bzw. softwarebasierte Kompensationen.

„Unser Konzept ist zukunftssicher, gerade wenn die Ansprüche an Qualität und Oberfläche weiterhin steigen“, verspricht der Zimmermann-Experte. Davon profitieren unter anderem auch Betriebe, die über keine klimatisierte Maschinenhalle verfügen und damit Temperaturschwankungen besonders stark in ihrer Produktion ausgesetzt sind. Allein durch den Aufbau der Struktur, werden die Auswirkungen der Fehlereinflussgrößen konstruktiv auf ein Minimum reduziert.

Zum Einsatz kommt der Fräskopf VH10. Der Gabelkopf ist in Monoblock-Ausführungen aus Guss ausgelegt. Er ist kompakt gebaut, besitzt nur minimale Störkonturen, erreicht hohe Klemmkräfte und ermöglicht damit stabile Bauteilbearbeitungen. Zimmermann stattet den VH10 optional mit einer Prozesskühlung mit Kühlschmierstoffen oder auch Minimalmengenschmierung aus. Um Durchlaufzeiten zu verringern, kommt im Fräskopf standardmäßig eine leistungsstarke Spindel mit 34 Kilowatt bei einer maximalen Drehzahl von 24.000 U/min zum Einsatz.

Staub direkt an der Entstehungsstelle erfassen

„Wir haben den VH10 nun auch mit einer Staubabsaugglocke um das Fräswerkzeug ausgerüstet“, erzählt Demlang. Damit eignet er sich für abrasive und gesundheitsschädliche Materialien wie GFK oder CFK, die im Flugzeugbau zum Einsatz kommen. Die Absaugung erfasst den Staub direkt an der Entstehungsstelle, was die Kontaminierung des Innenraums stark reduziert.

Hallensituationen stellen für die Aufstellung von Fräsmaschinen oftmals eine Herausforderung dar. Freier Aufstellungsraum ist meist rar und Maschinenkonzepte müssen eine hohe Flexibilität bei der Aufstellung bieten. Die Zimmermann-Entwickler haben die Symmetrie nicht nur auf die Grundstruktur des Portalaufbaus, sondern auch auf das komplette Maschinenkonzept übertragen. Damit kann der Kunde individuell festlegen, wo genau er die Anschlüsse oder Peripheriegeräte haben möchte. „Wir können die Peripherie ohne große konstruktive Veränderungen an der neuen FZP32 dann einfach so positionieren, wie es die Hallensituation erfordert“, sagt Demlang. Insgesamt wurde das Verhältnis von Aufstellfläche und Bearbeitungsraum mit der Neuentwicklung optimiert.

Zimmermann rüstet die neue Maschinenlinie auf Wunsch mit größeren Werkzeugmagazinen oder auch mit Palettenwechslern aus. Damit können Anwender Nebenzeiten verringern und ihre Produktion automatisierter gestalten. Ein weiteres Feature: „Gerade im Flugzeugbau nehmen Fräs-Drehanwendungen zu, beispielsweise für die Turbinenfertigung“, berichtet Demlang. „Dazu statten wir unsere Fräsmaschinen auch auf Wunsch mit Karusselldrehtischen aus.“ Ganz gleich, welche Aufgabe der Kunde lösen muss, mit dem modularen Anlagen-Baukasten (MAB) können die Maschinen kundenspezifisch-optimiert ausgeführt werden.

„Wir haben schon die ersten Aufträge für die FZP32, unser ‚leichtes‘ Einstiegsmodell der neuen Baureihe“, sagt Demlang. „Auf Basis des neuen Doppelbrückenportals werden wir in Kürze mit der neuen FZP37 eine Maschine im mittleren und mit der FZP42 für den Werkzeug- und Formenbau eine im schweren Segment auf den Markt bringen.“ Die schwere Maschine FZP42 wird sich im Drehmomentbereich von 1.000 Newtonmeter bewegen.

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