Smart-Zerspanung Premiere! So automatisiert man Feinspindel-Werkzeuge richtig!

Redakteur: Peter Königsreuther

Erfahren Sie hier, was an Positivem passiert, wenn ein Spindelkopf über Funk erstmals mit einem Messtaster kommuniziert...

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Jetzt funkt`s am Bohrloch! Der Feinspindelkopf Komflex von Ceratizit nutzt die Funktechnik eines Blum-Messtasters zur smarten Bohrungsfertigung mittels Selbskorrektur...
Jetzt funkt`s am Bohrloch! Der Feinspindelkopf Komflex von Ceratizit nutzt die Funktechnik eines Blum-Messtasters zur smarten Bohrungsfertigung mittels Selbskorrektur...
(Bild: Ceratizit)

Die Digitalisierung ist in vielen Ausprägungen in die Produktionshallen verschiedenster Branchen bereits etabliert, sagt Ceratizit. Auch die Werkzeughersteller sind deshalb bestrebt, die Vorteile eines digitalen Datenaustauschs in unmittelbare Vorteile für die Anwender zu verwandeln. Michael Renz, Leiter der Produktlinie Aussteuerwerkzeuge bei Ceratizit in Besigheim, glaubt deshalb: „Die Zukunft gehört intelligenten Werkzeugen, die sich selbst überwachen und korrigieren können. Denn dadurch wird die Zerspanung flexibler, sicherer, präziser und nicht zuletzt günstiger.“

Entsprechend treibe der Spezialist die Digitalisierung „seiner“ mechatronischen Aussteuerwerkzeuge permanent voran. Dazu aber sucht er Verbündete, um die Entwicklung neuer Werkzeugsysteme in die Wege zu leiten.

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Zerspanen, Messen und Korrigieren in Closed-Loop-Action

In der Blum-Novotest GmbH hat er bereits einen idealen Partner in petto. Renz erklärt: „Wir haben bereits vor Jahren bei einem Kundenprojekt mit unserer U-Achse sehr gut zusammengearbeitet. Und das zuletzt auch beim staatlich geförderten BaZMod-Forschungsprojekt, wo es um den optimierten Energie- und Datentransfer zwischen Maschine und Werkzeug ging.“

In diesem Umfeld wurde die Idee zum Feinspindelkopf Komflex geboren, merkt der Ceratizit-Experte an. Das Besondere daran ist, dass er eine integrierte Funkeinheit hat, die über die Blum-Standardfunk-Schnittstelle mit der Maschinensteuerung bidirektional Daten austauschen kann. Dadurch ist ein Closed-Loop-Betrieb möglich, der aus Zerspanen mit dem Komflex, Messen, beispielsweise einem Taster, sowie Korrigieren der Schneidenposition besteht. So, betont Renz, gelingt eine automatische Durchmesserkorrektur des Feinspindel-Werkzeugs, was sich in weniger Stillstandzeiten durch fehlenden manuellen Eingriff, kürzere Fertigungszeiten und erhöhte Transparenz sowie höherer Produktivität positiv bemerkbar macht.

Mikrogenaue Zerspanung – auch in „Geisterschichten“

Für den neuen Feinspindelkopf war es aber nicht damit getan, einfach eine Kommunikationseinheit anzudocken. Das habe sich bereits zu Anfang und bei Untersuchungen im CAD herauskristallisiert, wie Markus Majer, Key Account Manager Messkomponenten bei Blum-Novotest, erwähnt. Denn wenn man dazu reine Standardkomponenten zusammengefügt hätte, wäre das Ergebnis zu groß und klobig geworden, heißt es genauer. Deshalb hat man gemeinsam ein neues Konzept erarbeitet, durch das sich Werkzeug-, Funk- und Batterieeinheit optimal „verheiraten“ lassen.

Das hat zur Folge, dass der Komflex mit einem Außendurchmesser von 63 mm und einer Länge von 100 mm nun ein sehr kompaktes Werkzeug geworden ist. „Er ist nun rund 20 mm kürzer als in den ersten Plänen“, betont Majer. Diese Kompaktheit unterscheide ihn im Übrigen von ähnlichen Produkten. Sein größter Pluspunkt allerdings ist die automatische Ansteuerung über die RC66-Funkschnittstelle von Blum, heißt es weiter. So könne er, integriert in einem geschlossenen Regelkreis, auch bei mannlosen Schichten über lange Zeit hinweg für mikrometergenaue Bearbeitungsergebnisse sorgen.

Mit dem autonomen Betrieb des Feinspindelkopfs steige auch die Sicherheit für den Bediener an. Denn wenn er zu Mess- und Korrekturzwecken in die Maschine eingreifen müsste, sei das nicht nur wegen des tropfenden Kühlschmiermittels unangenehm, sondern bei Großmaschinen auch mit hoher Rutschgefahr verbunden.

Die Schneide kann sogar unter Drehzahl verstellt werden

Der nur 1,5 kg wiegende Komflex biete eine ABS-50-Aufnahme, die als Trennstelle zur Maschine dient. Diese bringe den Vorteil mit sich, dass man mit verschiedensten Maschinenschnittstellen flexibel arbeiten könne – man denke an die Situation ABS50 auf HSK-63A. Für die Zerspanungswerkzeuge steht eine kombinierte Schnittstelle aus ABS 32, einer zylindrischen Werkzeugaufnahme mit 16 mm Durchmesser und einer verzahnten Fläche für Brückenwerkzeuge et cetera bereit. So kann der ganze Komet-Spindelbaukasten von Ceratizit genutzt werden, betont man.

Der Komflex lässt sich mit Drehzahlen bis zu 8000 min-1 betreiben und hat eine Verstellpositionierung mit einer Auflösung von 0,001 mm im Radius. Der Verstellbereich beträgt ±0,25 mm. Je nach Werkzeug lassen sich Bohrungen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 120 mm ausspindeln. Im nach IP67 geschützten Gehäuse ist ein Batteriefach integriert, das zwei einfach austauschbare Batterien enthält. Deren Energie reiche für rund 2000 Korrekturzyklen.

Sein wartungsfreier Antrieb macht den Feinspindelkopf Komflex außerdem sehr haltbar. Die patentierte zentrische Anordnung des Motors und der ihn umgebenden Ringplatine erlaubt es außerdem, dass die Schneide sogar unter Drehzahl verstellt werden kann, wie Ceratizit betont. Es wurde nämlich bewusst auf einen Unwuchtausgleich verzichtet, weil dieser die Masse erhöht und ein zusätzliches Kippmoment verursacht hätte, wie man erklärt. Renz ergänzt: „Durch die zentrische Anordnung der Bohrstangen ist ein Unwuchtausgleich nicht erforderlich. Außerdem kann der Spindelkopf bei Bedarf feingewuchtet werden.“

Spindelkopf und Funkschnittstelle „können“ auch mit anderen...

Der Komflex wird über die Maschinensteuerung betrieben. Dazu enthält er eine Blum-Funkeinheit für eine Reichweite bis 8 m, die mit der in der Maschine integrierten Funkschnittstelle RC66 kommuniziert, heißt es. Zu seiner Voreinstellung gibt es einen Manuell-Modus, bei dem sich der Kopf mit einem Magnetstift und zwei Magnetsensoren einstellen lässt. Diese Einheit ist deshalb von einem unmagnetischen Stahlring umgeben, der den Spindelkopf gut stabilisiert.

Renz freut sich: „Allein durch die Automatisierung von Bearbeitungsvorgängen wie dem Spindeln von Lagersitzen oder hochpräzisen Zylinderbohrungen rechnet sich unser neuer Feinspindelkopf sehr schnell.“ Das soll besonders flott gehen, wenn die Blum-Funkschnittstelle RC66 schon in der Werkzeugmaschine vorhanden sei. Majer ergänzt: „Das ist oft der Fall. Denn wir gehören bei vielen wichtigen Werkzeugmaschinenherstellern zu den Erstausstattern, was unsere Messtaster und auch die RC66 anbelangt.“

Wenn in der Maschine bereits Messtaster anderer Anbieter installiert oder externe Messrechner in Betrieb seien, brauche man nicht zu verzagen, denn der neue Komflex könne auch mit diesen kommunizieren, wenn man sich die nachrüstbare Funkschnittstelle RC66 für ihn zulege.

Schneller zum hochwertigen Zerspanungsziel! Wer will, kann`s testen...

Inzwischen liegen bei Ceratizit Erfahrungswerte aus dem eigenen Fertigungsbereich vor. Denn im Komet-Werk in Besigheim wird der Komflex bereits seit ein paar Monaten zum Feinspindeln von ABS-Bohrungen eingesetzt. Renz wurde laut Ceratizit bestätigt, dass man jetzt in kürzerer Zeit die festgelegten Qualitätsanforderungen sicher einhalten kann. Keiner müsse mehr die Werkzeugmaschine stoppen, um Messungen am Werkstück vorzunehmen und um gegebenenfalls den Feinverstellkopf nachzujustieren.

Bei Interesse kann Ceratizit die Vorteile des neuen Feinspindelkopfes Komflex in den Test- und Vorführräumen des Besigheimer Werks demonstrieren. Denn das dort vor kurzem in Betrieb genommene 5-Achs-Bearbeitungszentrum HF5500 von Heller sei mit allen relevanten Blum-Komponenten ausgestattet. Für Renz ist die hochpräzise Maschine das Idealsystem, um die Leistungsfähigkeit seiner Aussteuerwerkzeuge zu beweisen: „Die HF5500 ist für den Einsatz unseres neuen Komflex sowie den Komtronic-U-Achs-Aussteuerwerkzeuge vorbereitet.“

Wichtig ist an dieser Stelle auch, dass die RC66-Schnittstelle in der Lage ist, bis zu 16 verschiedene Komflex-Werkzeuge anzusteuern. „Das kann zum Beispiel für die Bearbeitung einer komplexen Lagerplatte günstig sein, in die verschiedene Lagersitze eingebracht werden müssen. Nur für mehrspindlige Bearbeitungen müssen auch mehrere Funkschnittstellen installiert werden, weil die Signale parallel zur Verfügung stehen müssen“, erklärt der Leiter der Produktlinie Aussteuerwerkzeuge.

Das Wichtigste hier im Überblick:

  • intelligente Durchmesserkorrektur über Blum-Funkschnittstelle (RC66);mikrometergenaue Verarbeitung im selbst regelnden Automatikbetrieb (Closed Loop);
  • Verstellbereich: ± 0,25 mm im Radius
  • Ausspindelbereich: Innendurchmesser-Bearbeitung von 1 bis 120 mm und Außendurchmesser-Bearbeitung von 5 bis 75 mm;
  • maximale Drehzahl: 8.000 min-1 in Mittelstellung;
  • System nutzbar für: Temperaturkompensation (etwa bei Aluminium) sowie für die Schneidenverschleißkompensation unter anderem bei Stahl;
  • kompakt konzipiert;
  • robuster, wartungsfreier Antrieb;
  • manuelle Eingreifmöglichkeit über die Maschinensteuerung;
  • manuelle Voreinstellung über Magnetstift;
  • In-Prozess-Messung vermeidet Bedienfehler;
  • Verstellgenauigkeit 1 µm im Radius;
  • Absolutwegmesssystem an der Werkzeugaufnahme
  • innere Kühlmittelzufuhr bis zu 30 bar
  • Universaltrennstelle ABS 50
  • Betrieb mit handelsüblicher Batterie (für über 2000 Korrekturzyklen) und deshalb einfach austauschbar.

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