Automatisierte Teilefertigung

Andrea Gillhuber,

Automation im XXL-Format

Die Fischer GmbH, ein Werkzeugbauer aus dem sächsischen Geringswalde, hat die Vorteile des Fräs-Bearbeitungszentrums Mikron HPM 1850U von GF Machining Solutions erkannt: Sogar die Grundplatten für die größten Werkzeuge fertigt das Unternehmen automatisiert.

Die fünf Simultanachsen der Mikron HPM 1850U bieten einen Verfahrbereich von 1.850 mm x 1.400 mm x 905 mm, 360° im Rundtisch und einen Schwenkbereich von –20° bis +120°. Trotzdem bleibt die Positioniergenauigkeit teilweise sogar deutlich unter 10 μm. © GF Machining

Fischer Werkzeugbau fertigt Spritzgusswerkzeuge und Stanzwerkzeuge. Kunden kommen mit den CAD-Daten eines Bauteils und erhalten nach wenigen Tagen ein Angebot. Etwa acht bis zehn Wochen später kann das Werkzeug fertig sein.

„Wir sind mit interner Konstruktion, Fertigung und Testmöglichkeiten praktisch komplett vertikal integriert – und das ist schon eine Besonderheit“, erklärt Geschäftsführerin Silvia Fischer. „Unser Prozess ist von der Konstruktion bis zur CAM-Programmierung in Siemens NX abgebildet: Wir konstruieren, fertigen und testen das Werkzeug innerhalb weniger Wochen.“

„Nur wenn Späne fallen, wird auch Geld verdient“, erklärt Firmengründer Hartmut Fischer. „Deshalb sind wir auf die Mikron HPM 1850U umgestiegen. Mit der Maschine lassen sich Bauteile 5-Achs-simultanfräsen. Sie hat einen weiteren entscheidenden Nutzen: Während wir bereits weite Teile unserer anderen Fräsprozesse automatisiert haben, hielten uns die Größe und das Gewicht der Grundplatten davon ab, auch in diesem Bereich zu automatisieren. Das ist nun anders: Die HPM erlaubt uns, Werkstücke bis 1.250 mm × 1.000 mm auf drei Wechselpaletten einzuspannen.“ Zwischen diesen kann die Maschine vollautomatisch wechseln. Dadurch läuft das Aufspannen und Entladen hauptzeitparallel – die Maschine fräst, während ein Mitarbeiter die Paletten bestückt. Des Weiteren ermöglicht sie mannlose Schichten. Bei Fischer gibt es einen Dreischichtbetrieb mit einer reduzierten Nachtschicht. Durch die Automatisierung bleibt die Produktivität auch nachts und am Wochenende erhalten.

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„Die Mikron HPM 1850U wurde durch und durch als automatisierte Maschine konzipiert“, erklärt GF-Verkaufsingenieur Frank Seifert. „Das wird schon am Werkzeugmagazin deutlich. Oft benötigen unterschiedliche Werkstücke auf den Paletten auch unterschiedliche Werkzeuge. Damit diese und eventuell nötige Schwesterwerkzeuge auch automatisiert zugeführt werden können, bedarf es Platz. Die Mikron HPM 1850U verfügt über ein Werkzeugmagazin mit 238 Plätzen. So kann Fischer wirklich alle Kombinationen an Teilen automatisiert fertigen.“

Die Mikron HPM 1850U verfügt über ein Werkzeugmagazin mit 238 Plätzen. So können genügend Werkzeuge und manchmal nötigen Schwesterwerkzeuge gelagert werden, auch bei unterschiedlichen Anforderungen an die einzelnen Paletten. © GF Machining

Die Mikron HPM 1850U ist auch per Kran zugänglich. Dadurch sind alle Paletten für schwere Werkstücke erreichbar und können in den zwei Rüstplätzen hydraulisch auf eine angenehme Arbeitshöhe abgesenkt und um 360 ° gedreht werden. Die Hub- und Absenkbewegungen der Paletten sind dabei gut gedämpft und stören nicht beim Fräsen.

Eine Besonderheit der Maschine ist ihre Konstruktion: Statt auf einem Betonbett, das vor Ort gegossen wurde, steht ihr einteiliger gusseiserner Rahmen auf drei Füßen. Die Wirkung ist wie bei einem dreibeinigen Stativ: Der Rahmen kippelt nicht. Die Maschine hat von sich aus eine hohe Steifigkeit.

Hohe Genauigkeit im Werkzeugbau

Die mit den Werkzeugen herzustellenden Blechteile haben bei sehr komplexen Konturen hohe Genauigkeitsanforderungen. Da sie im Werkzeug über mehrere Stufen herzustellen sind, erhöht sich die erforderliche Maßgenauigkeit. Die Toleranzkette beginnt in der Grundplatte: Damit sie exakt herzustellen ist, benötigt man eine entsprechende Maschine. Die CNC-Fräsmaschine HPM 1850U konnte die qualitativen Erwartungen im Plattenbereich über 1.000 mm erfüllen.

Die Schwenkachse der Mikron HPM 1850U ermöglicht auch seitlich optimalen Zugang zum Werkstück. © GF Machining

„Eine sehr genaue Maschine ist zunächst einmal steif ausgeführt“, erklärt Seifert. „Denn im Fräsprozess muss man vor allem Dehnungen und Verwindungen eliminieren.“ Diese treten in Folge von mechanischen Belastungen sowie durch thermische Einflüsse in jeder Bearbeitungsmaschine auf. Wie weit sich ein Körper ausdehnt, hängt maßgeblich von seiner Größe und Form ab. Die Maschinenkonstrukteure haben mit dem durchdachten Maschinenkonzept einen steifen, verwindungsarmen Maschinenaufbau realisiert: Unter anderem ist das Maschinenbett aus einem Stück. Zwei Ebenen und ein Führungsabstand über 800 mm in der X-Achse garantieren Torsionssteifigkeit und Stabilität beim Schruppen. Dies spielt besonders dann eine Rolle, wenn schwere Werkstücke nicht zentrisch auf den Rundtisch aufgespannt werden können und dieser gedreht wird. Der symmetrische Aufbau und eine mantelgekühlte Spindel sorgen dafür, dass keine thermisch bedingten Ungenauigkeiten entstehen. Die Dehnungen haben so fast keinen Einfluss auf die Position des Werkzeuges in den X- und Y-Achsen. Und in der Z-Achse werden sie durch die konstante Temperatur unterdrückt.

Eine weitere Maßnahme sind besonders genau gefertigte Lager in den Achsen. Das erlaubt die Anordnung als Fest-fest-Lager im Gegensatz zu einem Fest-los-Lager. Die Vorspannung löst diese Überbestimmung auf, was wiederum die Steifigkeit erhöht. So wird trotz der Größe der Maschine eine Wiederholpräzision von 6 μm X, 5 μm Y und 4 μm Z erreicht. Ein positiver Nebeneffekt der erhöhten Steifigkeit sind die optimalen Schnittwerte der Werkzeuge.

Die Mikron HPM 1850U von GF Machining Solutions ermöglicht die Herstellung großer und dennoch präziser Einzelteile ab Losgröße 1 und kommt deshalb bei Grundplatten zum Einsatz.

Nach Unterlagen von GF Machining Solutions / ag

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