Turbinenschaufelfertigung stellt höchste Ansprüche an die Steuerung

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Eine Alternative, um die Oberflächengüte zu optimieren, ist die Möglichkeit, aus dem Polygon-Programm kontinuierliche Kurven abzuleiten. Eine bei Fanuc „Nano Smoothing 2“ genannte Funktion wandelt drei- und fünfachsige Linearprogramme automatisch in solche kontinuierliche Kurven (NURBS) um. Das sorgt für eine gleichmäßigere Bearbeitung der Oberflächen und für „flüssigere“ Verfahrbewegungen. Beide Funktionen – Smooth TCP und Nano Smoothing – schonen außerdem die Werkzeuge, deren Standzeiten sich dadurch erhöhen.

Kollisionsschutz ist wichtig

Beim Bemühen um optimale Bearbeitungsbedingungen kommt der Steifigkeit der Maschine hohe Bedeutung zu. Dazu gehört auch, dass das Werkzeug möglichst kurz eingespannt wird und das CAM-Programm mehrmals hinsichtlich Kollisionen optimiert wird. Denn je kürzer das Werkzeug, desto größer die Gefahr, dass Halter und Werkstück zusammenstoßen. Vorausschauender Kollisionsschutz ist nahezu unerlässlich.

Sehr großen Zuspruch erfährt der 3D-Interference Check, der zum Beispiel in der CNC der Serie 31i-A5 zur Verfügung steht. Mit dieser Funktion kann der Maschinenhersteller – und wenn gewünscht der Maschinenbediener – alle kollisionsgefährdeten Bereiche (wie Werkzeugkopf, Werkstück, Tisch und Spannvorrichtungen) mit Hilfe von geometrischen Figuren definieren.

Diese „Hüllelemente“ stellen eine Tabuzone dar. Die CNC beachtet die räumlichen Informationen zusammen mit den aktuellen Werkzeugdaten bei der Berechnung der Achsbewegungen und beugt zuverlässig möglichen Kollisionen vor. Der letzte Interpolationsschritt vor einem definierten Hüllkörper wird nicht durchgeführt – die Maschine stoppt.

Im Gegensatz zu vielen Offline-Kollisionsschutz-Systemen, die nur eingeschränkte Sicherheit bieten, läuft die 3D-Interference-Funktion direkt auf der Steuerung und bietet nahezu 100%igen Kollisionsschutz. Obwohl die Funktion in der CNC integriert ist, wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht beeinträchtigt.

Profil-Formtreue wurde um bis zu 63% verbessert

Die Hamuel HSTM300 mit Fanuc-CNC ist inzwischen vielfach in der Turbinenschaufelfertigung im Einsatz. Die Erfahrungen, auf die der Maschinenhersteller verweisen kann, sind durchwegs positiv: Im Vergleich zu bestehenden Steuerungen konnte mit dieser Konstellation die Profil-Formtreue um bis zu 63% verbessert, die Werkzeugwechselzeit um bis zu 33% minimiert und die Bearbeitungszeit bis zu 14% reduziert werden.

Auch Testversuche mit speziellen Referenzwerkstücken verliefen erfolgreich. Ein Beispiel: Hamuel wurde angefragt, ob die HSTM300 in der Lage wäre, eine Verdichterschaufel aus Titan in bestimmter Bearbeitungszeit und Qualität zu fertigen.

Triebwerkschaufel lag in weniger als vierzehn Tagen vor

Ausgangsobjekt war ein grob geschmiedetes Titan-Rohteil mit einer Zugabe von etwa 3 mm Material, das in zwei Stufen gefräst werden sollte. Das Ergebnis: Die für den Einsatz in der neuen Generation von Großraumflugzeugen konzipierte Triebwerkschaufel mit Spoiler lag in weniger als vierzehn Tagen mit den gewünschten Bearbeitungsdaten vor.

Zur Fertigung wurden Wendeplattenwerkzeuge bei Schnittgeschwindigkeiten von etwa 70 m/min eingesetzt. Für die Stichbearbeitung konnten sogar bis zu 200 m/min gefahren werden.

Auf der HSTM300 kamen außerdem die Prozessoptimierung durch die Zusatzsoftware Optimill und die Hochdruckinnenkühlung zum Einsatz, bei der ein Kühlstrahl mit 70 bar durch das Werkzeug an die Frässtelle geleitet wird. Die fertig gefräste Schaufel wies eine Oberflächenqualität von besser als Ra = 1,6 µm auf.

Edgar Weiter ist Spezialist für Steuerungstechnik in Highend-Anwendungen bei der Fanuc GE CNC Europe S.A.

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