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Moderne Werkzeugsysteme bieten mehr Produktivität

Tuning für Ihr Bearbeitungszentrum
Moderne Werkzeugsysteme bieten mehr Produktivität

Moderne Fertigungsbetriebe stehen häufig vor richtungsweisenden Entscheidungen, mit welchen Fertigungssystemen sich Bauteile optimal produzieren lassen. Ob nun Sondermaschinen oder Standardmaschinen zum Einsatz kommen, hängt letztendlich von vielen Kriterien ab. Welches die richtige Serienstrategie ist, muss von Fall zu Fall individuell gelöst werden.

Bei einer hohen Bauteilvarianz bieten in der Regel Standardmaschinen – aufgrund ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten – den besten Lösungsansatz. Dennoch sind auch bei dieser Produktionsstrategie gewisse Hürden zu meistern, da der Trend hin zur Integration zusätzlicher Funktionen in ein Bauteil geht. Diese werden dadurch immer komplexer. Oftmals lassen sich Fertigungsprozesse mit Standardmaschinen nur effektiv lösen, wenn zusätzlich moderne Werkzeugsysteme in den Bearbeitungsprozess integriert werden.

Letztendlich ist das Fertigungskonzept auf einen einfachen Nenner zu bringen: Die fixen Bestandteile des Herstellprozesses, die Standardwerkzeugmaschine und das Werkstück, bieten kaum einen relevanten Spielraum zur Prozessoptimierung. Der Einsatz moderner Werkzeugsysteme hingegen bietet diesen schon. Als Nahtstelle zum Werkstück avancieren die innovativen Werkzeugsysteme immer mehr zum prozessbestimmenden Glied in der modernen zerspanenden Fertigung.
Flexibler und produktiver mit Winkelköpfen
Als bewährte Technologie haben sich hier unter anderem einwechselbare Winkelköpfe etabliert, die wiederum individuell für eine entsprechende Bearbeitungsaufgabe ausgelegt sind. Insbesondere kubische Bauteile, die bei bestimmten Bearbeitungen aufgrund von Werkstückkonturen und Spannmittel nur schwer zugänglich sind, lassen sich nur dank der zusätzlichen Option eines Zerspanaggregats bearbeiten. Die Aggregate sind häufig nicht nur Problemlöser, sondern sie erlauben den Anwendern, Komplettbearbeitungen ohne große Umspannprozesse durchzuführen.
Je nach Industriezweig variieren Bauteil und eingesetzte Maschine bei gleichbleibender Aufgabenstellung. Dementsprechend gibt es für jede Branche spezielle Winkelkopf-Bautypen. Als Paradebeispiel können hier Winkelköpfe mit minimalem Stirnabstand zum Bearbeiten von Nietbohrungen in Strukturbauteilen der Flugzeugbranche aufgeführt werden. Oftmals stehen für die Lagerung der Bearbeitungsspindel nur 7,5 mm Bauraum zur Verfügung. In Extremfällen kann dieser Stirnabstand sogar auf Werte von lediglich 3,5 mm zurückgehen. Aber auch in anderen Bereichen, wie z. B. im Automobilsektor, sind oft spezielle Aggregate zur Bearbeitung des dort typischen Werkstückportfolios vorzufinden. Ob Zylinderblock, Bremssattel, Kupplungsgehäuse, Turbolader oder Achsschenkelfertigung – jedes Bauteil bringt eine konkrete Bearbeitungsaufgabe mit sich. Diese reicht von der einfachen Versorgungsbohrung bis hin zur sehr genauen und anspruchsvollen Fertigung von wichtigen Funktionsflächen. Das Plus an Produktivität wird unter anderem durch den Einsatz eines individuell konfigurierten Zerspanaggregats verwirklicht.
Integrierte Zusatzfunktionen
Damit die Prozesse bzw. die Zerspanlösungen noch wirtschaftlicher gestaltet werden können, geht ein weiterer Trend dahin, zusätzliche Funktionalitäten in die eigentliche Zerspaneinheit zu integrieren. Somit lassen sich oftmals Komplettbearbeitungen von Bauteilen realisieren. Als klassisches Beispiel dienen hier Winkelköpfe, die mittels der Hauptspindel der Maschine um deren Z-Achse positioniert werden können. Durch einen Umschaltmechanismus lassen sich die Winkelköpfe vom normalen Spindelbetrieb in einen sogenannten Positionierbetrieb umschalten. Dieser Umschaltmechanismus wird üblicherweise über eine Andockstelle (hydraulisch oder pneumatisch) aktiviert.
Ein Novum stellen Varianten dar, bei denen der Mechanismus vom zentralen Kühlmittelkreislauf (Innenkühlung) umgeschaltet wird. Sobald der Winkelkopf auf Modus Positionierbetrieb umgestellt wird, liegt eine formschlüssige, spielfreie Kupplung zwischen Maschinenspindel und Winkelkopfgehäuse vor. Durch Drehen bzw. Positionieren der Maschinenhauptspindel über den vorhandenen Drehgeber lässt sich auch das Winkelkopfgehäuse synchron bewegen. Die im Winkelkopfgehäuse gelagerte Bearbeitungsspindel kann somit entsprechend der Bearbeitungsaufgabe positioniert werden.
Diese Systeme liegen zum einen als stufenlose Ausführung und zum anderen mit einer formschlüssigen Verbindung für schwere, sehr genaue Anforderungen vor. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Hirthverzahnung. In diesem Fall können jedoch nur bestimmte Winkel angefahren werden. Diese Technologie kann nahezu auf jeder Standardmaschine zum Einsatz kommen. Auch eine nachträgliche Integration ist möglich. Als Konsequenz der langjährigen Prozesserfahrung haben die Lösungen eine hohe Fertigungssicherheit. Optional lassen sich die unterschiedlichen Betriebsarten zusätzlich über ein Abfragesystem überwachen.
Mehrspindelköpfe, Stoßeinheiten
Über Wechselaggregate gibt es weitere Möglichkeiten, Prozesse zu optimieren. Zum Beispiel kann mit einwechselbaren Mehrspindelaggregaten die Produktivität durch Parallelbearbeitungen gesteigert werden. Damit können unterschiedliche Werkzeuge in einem Aggregat gespannt werden, Werkzeugwechselvorgänge entfallen und zusätzliche Werkzeugmagazinplätze können eingespart werden. Eine Integration von alternativen Bearbeitungsverfahren bietet darüber hinaus weitere Potenziale.
Stoßoperationen gehören sicher nicht zu den präferierten Bearbeitungsverfahren auf einem Bearbeitungszentrum. Mit der Stoßeinheit Benz LinA lassen sich allerdings unterschiedlichste Profile und Formen hoch dynamisch auch auf einem Bearbeitungszentrum fertigen. Die Hauptspindel der Werkzeugmaschine dient lediglich als Antrieb. Die komplexe Abhebe- und Stoßkinematik wird von der Stoßeinheit selbst ausgeführt, so dass die schweren Maschinenachsen nicht ständig beschleunigt und abgebremst werden müssen. Last but not least können die Aggregate durch die Einbindung einer modularen Schnittstelle weitere Pluspunkte sammeln: Mit den Schnellwechselsystemen Benz Solidfix und Benz CAPTO muss nicht mehr das komplette Aggregat gewechselt werden, sondern es wird lediglich der Adapter ausgetauscht. Die Werkzeuge können vorher, außerhalb der Maschine, voreingestellt werden, was dem Anwender zusätzliche Zeiteinsparungen ermöglicht.
Benz GmbH Werkzeugsysteme www.benz-tools.de

Der Autor
Christoph Zeller,
Technischer Leiter, Benz GmbH Werkzeugsysteme
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