Superfinishzentrum Superfinishen von Kugelflächen

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Aachener Maschinenbau GmbH

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

Die Feinstbearbeitung von balligen oder konkaven Flächen ist herausfordernd. Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik hat dafür u. a. die NaSphere-Superfinishzentren im Programm. Mit ihnen lassen sich bei Bedarf neben dem Finishen auch Prozesse wie Schleifen, Honen, Polieren, Reiben, Bohren oder Bürsten kombinieren.

Wenn für eine sphärische Fläche (Kugelfläche) eine hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeit verlangt wird, führt kein Weg an einer dafür spezialisierten Superfinishmaschine vorbei. Hochwertige Kugelflächen finden sich vor allem in Gelenken. Ein wichtiges Beispiel sind Kugelkolben für Axialkolbenpumpen und -motoren, die zuhauf in der mobilen Hydraulik vorkommen, z. B. in Schwerlast-, Land- und Baumaschinen. Diese Komponenten wandeln ein Drehmoment in hydraulische Energie um und umgekehrt.

Superfinishzentren übernehmen einfachste bis höchst anspruchsvolle Aufgaben

Besonders hohe Anforderungen an Kugeloberflächen gibt es in der Medizintechnik, etwa bei Hüftimplantaten. Hier werden meist Oberflächenqualitäten gefordert die durch reine optische Beurteilung auf Makel geprüft werden. Eine Herausforderung, nicht zuletzt mit Blick auf die Werkstoffe.

Das Superfinishen von sphärischen Flächen erfordert ein eigenes Maschinenkonzept: Während bei Wellen und wellenähnlichen Werkstücken oszillierende Werkzeuge verwendet werden, die sich entlang der Werkstückachse bewegen, d. h. Steine und Bänder, kommen bei der Bearbeitung von Kugelflächen rotierende Werkzeuge zum Einsatz, mithin Werkzeuge, die in einer Spindel aufgenommen werden. Als Schneidmittel eignen sich, wie bei oszillierenden Steinen, Siliziumkarbid, Korund, CBN oder Diamant in Keramik, Metall- oder Kunststoffbindung. Neben dem Einsatz von Standard-Schneidmitteln wird fortwährend an neuen Schneidmitteln mit der Firmentochter Elgan gearbeitet. Das Finishen von Kugelflächen zählt daher zur Gruppe der Steinfinish-Technologien. Für die meisten Anwendungen ist Honöl, für eine geringe Zahl auch Emulsion der optimale Kühlschmierstoff.

Das Werkstück wird meistens in einem schwenkbaren Spannsystem aufgenommen. Dadurch ist es möglich, die Bearbeitung im Gegenlauf durchzuführen. Die Schwenkbewegung ist wichtig, wenn eine genaue Kugelform erzeugt werden soll. Im Werkzeug wird bei der Herstellung dasselbe Flächenprofil eingearbeitet, wie es für das Werkstück verlangt wird, konvex oder konkav.

Um eine maximale Qualität, Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit zu erzielen, enthalten die NaSphere-Maschinen eine hochsensible und intelligente Elektronik. So etwa eine sensorische Kugelmittenzentrierung, Kraftsensoren zur Optimierung der Prozessqualität, eine Werkstückhöhenmessung während der Bearbeitung und eine Anfahrerkennung für neue Werkzeuge.

Individuelle Prozesskombinationen

Genau genommen ist ein Werkzeug für Kugelformen nur ein Spezialfall. Genauso kann ein einfaches Topfwerkzeug in die Werkzeugspindel gespannt werden, um plane Flächen zu bearbeiten. Auch das ist ein häufig realisierter Anwendungsfall auf den NaSphere-Zentren. Das Paradebeispiel dafür sind Planetenräder. Meistens sind beide Seiten zu finishen. Hat der Betreiber ausschließlich Planflächen zu bearbeiten, kann er auch auf das kostengünstige NaPlan-Maschinenkonzept ausweichen. Die NaSphere-Zentren sind aber vielseitiger und bieten dem Anwender die größtmögliche Flexibilität. So lassen sich mit ihnen unterschiedliche Prozesse kombinieren, um gegebenenfalls Komplettbearbeitungen durchzuführen.

Möglich wird dies durch eine Modulbauweise und standardisierte Spindelantriebe für die Werkzeuge. Demzufolge sind neben dem Hauptprozess Superfinishen auch Bearbeitungen wie das Außen- und auch Innenschleifen, Honen, Polieren oder Bürsten in eine NaSphere-Maschine integrierbar. Für Schleifprozesse stehen Standard-Spindeln mit Drehzahlen bis 12.000 Umdrehungen pro Minute zur Verfügung.

Typische Werkstücke für Komplettbearbeitungen sind Planetenräder: die beiden Planflächen sind in der Regel zu schleifen und zu finishen, die Bohrung in den meisten Fällen zu schleifen und zu honen. Ein weiteres Beispiel sind Einspritzpumpenteile: Die Außendurchmesser werden geschliffen, die Anlageflächen gefinisht und eine Bohrung gerieben oder gehont. Alle Prozesse sind auf einer NaSphere-Maschine durchführbar. Bei Bedarf ist abschließend mit Bürsten eine Kantenverrundung möglich.

Ein NaSphere-Zentrum wird so gut wie immer für den Kunden konzipiert.

Für die hohen Anforderungen in der Medizintechnik sind beispielsweise drei- oder vierstufige Prozesse die Regel.

Im Bereich Sonderlösung bedeutet dies, dass sich die Konstrukteure in Nürtingen bezüglich der Auswahl wichtiger Komponenten für Pneumatik, Elektronik, Messtechnik usw. über den technischen Vertrieb mit den Kunden abstimmen, um deren Standards zu entsprechen. In Sachen Steuerung bekommt der Anwender die neueste Technik an die Hand. „Wir haben inzwischen den Generationswechsel von der Siemens 840D zur Sinumerik One vollzogen“, sagt Feuchter.

In hohem Grade anwendungsspezifisch ist auch das Werkstückhandling. Planetenräder mit beidseitiger Bearbeitungsfläche sind beispielsweise auf der Maschine zu wenden. Auch für solche Aufgaben liefert Nagel entsprechende vollautomatisierte Lösungen, um die Taktzeiten zu minimieren. Ein Robotik-Team kümmert sich außerdem um die Anbindung der Maschinen an vorhandene externe Systeme. „Die Integration in vollautomatisierte Fertigungsketten gehört mittlerweile zu unseren Standardaufgaben, das gilt auch für die NaSphere-/NaPlan-Maschinenkonzepte“, bekräftigt abschließend Feuchter.

* Yvonne Nagel ist Geschäftsführerin bei PressCo. The Press Company

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