U-Achs-Vorrüstung, Mapal, Komet, mechatronic-ready

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Mechatronische Werkzeuge verleihen jeder Werkzeugmaschine hohe Flexibilität in der Bearbeitung. Technologisch führend sind die U-Achssysteme KomTronic von Komet und Tooltronic von Mapal. Um die Anpassarbeiten auf Maschinenseite gering und die Kosten niedrig zu halten, haben die beiden Hersteller eine gemeinsame Schnittstelle zur Werkzeugmaschine entwickelt. Ihr Ziel: Künftig sollen neue Werkzeugmaschinen bereits "mechatronic-ready" angeboten werden.
KomTronic von Komet und Tooltronic von Mapal sind die technologisch führenden U-Achssysteme. Über eine zusätzliche, CNC-gesteuerte "Werkzeugachse" erhöhen sie die Bearbeitungsmöglichkeiten von Werkzeugmaschinen.

Wer Axialkolbenpumpen, Gelenkkugeln, Ventilsitze, Pleuelaugen oder Turbinengehäuse drehen muss, war lange Jahre auf Sondermaschinen angewiesen - meist verbunden mit mehreren Arbeitsgängen auf Fräs- und Drehmaschinen. Ein aufwändiger Prozess, der nicht mehr in die heutige Zeit passt, die durch sinkende Stückzahlen und wachsende Variantenvielfalt bestimmt wird.

Die Zukunft gehört flexiblen Standardmaschinen, mit denen sich komplexe Teile komplett bearbeiten lassen. Davon überzeugt sind Dr.-Ing. Jochen Kress, Mitglied der Mapal-Geschäftsleitung und verantwortlich für die strategische Produktentwicklung, sowie Dr.-Ing. Jürgen Fronius, Leiter des Geschäftsbereichs Mechatronik in der Komet Group. Parallel haben sie in ihren Unternehmen die Entwicklung so genannter U-Achssysteme vorangetrieben, die die Bearbeitungsmöglichkeiten von Werkzeugmaschinen über eine zusätzliche, CNC-gesteuerte "Werkzeugachse" deutlich erhöhen.

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U-Achssysteme gehören in eine Kategorie, die vielfach als "mechatronische Werkzeuge" bezeichnet wird. Das sind Werkzeuge, deren Schneide sich in der Rotation verstellen lässt. Jochen Kress erklärt dies mit einem Beispiel: "Es gibt Bohrungen, die nicht einfach zylindrisch sind, sondern zur Werkzeugmitte exzentrisch verlaufen und häufig Drehkonturen aufweisen. Um diese herzustellen, muss man die Schneide während der Bearbeitung verstellen. Das lässt sich über mechatronische Werkzeuge bewerkstelligen und über unsere U-Achssysteme besonders effizient." Jürgen Fronius ergänzt: "Lange Jahre hat man diese schwierige Aufgabe auf Sondermaschinen über Schubstange und Keilgetriebe gelöst. Effizienter und präziser geht das mit U-Achssystemen ¿ ob KomTronic oder Tooltronic. Hierbei rückt der Begriff Werkzeug in den Hintergrund. Denn der Kern des Systems ist eine einwechselbare NC-Achse, die sich wie alle anderen Achsen im Regelungsverbund der CNC-Steuerung befindet und mit deren Bewegungen interpoliert werden kann."

U-Achssysteme verleihen zusätzliche Flexibilität

Hardwareseitig besteht ein solches U-Achssystem aus einem Zerspanungswerkzeug in einem Plandrehkopf. Die Verstellbewegung des Kopfes wird über einen Servomotor realisiert. Da das System mit der Spindelbewegung rotiert, muss die Energieversorgung berührungslos induktiv erfolgen. Das gleiche gilt für den bidirektionalen Datenaustausch mit der Steuerung. Spindelseitig ist hierfür ein so genannter Stator angebaut. Auf der U-Achsseite gewährleistet die ringförmige induktive Übertragungseinheit den Daten- und Energieaustausch in jeder Winkellage. "Die Vorteile dieser U-Achssysteme sind offensichtlich", sagt Jochen Kress. "Dank der frei programmierbaren und dynamisch während der Bearbeitung einstellbaren Schneide lassen sich Konturen erzeugen, die sich bisher - wenn überhaupt - nur mit großem Aufwand herstellen ließen." Jürgen Fronius weist auf die außerordentlich hohe Genauigkeit der so bearbeiteten Bauteile hin: "Wir liegen im untersten µ-Bereich. Denn durch den Antrieb direkt am Werkzeug können mechanische Einflussgrößen wie Wärmegang oder Torsion gänzlich ausgeschlossen sowie Umspannvorgänge vermieden werden."

Gemeinsamer Standard senkt die Kosten

Was die beiden am Markt konkurrierenden Werkzeuganbieter an einen Tisch brachte, war ein gemeinsames Problem: Die U-Achssysteme Tooltronic und KomTronic sind keine einfach einzuwechselnden Werkzeuge, sondern müssen mechanisch und elektronisch in die Werkzeugmaschine integriert werden. Diese nachträgliche Integration, die ins Ressort der Werkzeugmaschinenhersteller fällt, schlug bislang mit erheblichen Kosten zu Buche. Eine Hürde, die viele potentielle Endkunden vom Einsatz der U-Achssysteme abhielt. Doch insgesamt ist die Akzeptanz der U-Achssysteme kontinuierlich gewachsen, die Nachfrage in diesem Jahr nahezu explodiert, wie Jochen Kress und Jürgen Fronius unisono verkünden: "Der Trend zu kleinen Stückzahlen fordert hohe Flexibilität in der Fertigung. Da sind unsere Systeme genau richtig." Um aus den wachsenden Nachfragen auch Aufträge werden zu lassen und die U-Achssysteme einem breiten Anwenderbereich zugänglich zu machen, müssen die Kosten runter, meinen die beiden Strategen: "Im ersten Schritt haben wir uns entschlossen, den Integrationsaufwand und damit die Gesamtkosten zu minimieren. Wir haben die Schnittstelle für KomTronic und Tooltronic vereinheitlicht und einen Standard für die U-Achs-Vorrüstung neuer Werkzeugmaschinen geschaffen - mechatronic-ready."

Gemeinsamer Standard senkt die Kosten

Was die beiden am Markt konkurrierenden Werkzeuganbieter an einen Tisch brachte, war ein gemeinsames Problem: Die U-Achssysteme Tooltronic und KomTronic sind keine einfach einzuwechselnden Werkzeuge, sondern müssen mechanisch und elektronisch in die Werkzeugmaschine integriert werden. Diese nachträgliche Integration, die ins Ressort der Werkzeugmaschinenhersteller fällt, schlug bislang mit erheblichen Kosten zu Buche. Eine Hürde, die viele potentielle Endkunden vom Einsatz der U-Achssysteme abhielt. Doch insgesamt ist die Akzeptanz der U-Achssysteme kontinuierlich gewachsen, die Nachfrage in diesem Jahr nahezu explodiert, wie Jochen Kress und Jürgen Fronius unisono verkünden: "Der Trend zu kleinen Stückzahlen fordert hohe Flexibilität in der Fertigung. Da sind unsere Systeme genau richtig." Um aus den wachsenden Nachfragen auch Aufträge werden zu lassen und die U-Achssysteme einem breiten Anwenderbereich zugänglich zu machen, müssen die Kosten runter, meinen die beiden Strategen: "Im ersten Schritt haben wir uns entschlossen, den Integrationsaufwand und damit die Gesamtkosten zu minimieren. Wir haben die Schnittstelle für KomTronic und Tooltronic vereinheitlicht und einen Standard für die U-Achs-Vorrüstung neuer Werkzeugmaschinen geschaffen - mechatronic-ready."

mechatronic-ready verspricht Vorteile für alle Beteiligten

Was die Gesamtkosten für U-Achssysteme in die Höhe treibt, ist ihre nachträgliche Integration. Wenn der Werkzeugmaschinenhersteller seine Maschine jedoch beim Neubau vorrüstet, schrumpft der Aufwand enorm, vor allem, wenn es einen Standard wie mechatronic-ready gibt. Jürgen Fronius betont: "Auch der Werkzeugmaschinenhersteller selbst hat durch die Vorrüstung mit mechatronic-ready Vorteile. Denn er kann seinen Kunden zusätzliche Optionen anbieten, die klare Wettbewerbsvorteile versprechen." Entscheidet sich der Endanwender für eine Werkzeugmaschine mit mechatronic-ready, bleiben ihm für minimale Mehrkosten alle Optionen offen. Er kann sich zum Kauf eines U-Achssystems entscheiden, wenn er es benötigt. Dann bleibt ihm immer noch die freie Wahl des Anbieters. Ob KomTronic oder Tooltronic - der Anschluss ist mechanisch und elektrisch vorkonfiguriert. Die Kabel sind bereits verlegt, die Spindel und der Werkzeugwechsler angepasst. Für die zusätzliche Achse ist im Schaltschrank ein Platz reserviert, so dass das System nur noch aufgerüstet und die Steuerung entsprechend programmiert werden muss. Innerhalb kürzester Zeit ist der Anwender auch mit einer Standardmaschine in der Lage, komplexe Innen- und Außendrehbearbeitungen zu realisieren. lg

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