Der Werkzeug- und Formenbau ist bekannt für komplexe Fertigungsaufgaben mit extremen Qualitätsanforderungen. Genau dafür eignet sich ein Hybrid-Bearbeitungszentrum, das sich insbesondere durch sein innovatives Wechselkopfsystem auszeichnet. Der Einsatz einer High-end-CNC ermöglicht es unter anderem, den Kopfwechsel im Programm zu hinterlegen, wodurch das Umschalten von Fräs- auf Dreh- oder Schleifbearbeitung vollautomatisch erfolgen kann. Für Anwender resultieren daraus höchste Präzision und Produktivität.
„Die Zukunft des Werkzeug- und Formenbaus liegt in der komplexen Hybridbearbeitung“ – davon ist Stephan Weuthen, Geschäftsführer der Cytec Zylindertechnik GmbH, überzeugt und liefert umgehend die Erklärung: „Formen und Werkzeuge werden immer komplizierter und müssen bezüglich Präzision höchste Anforderungen erfüllen. Zuverlässig und produktiv geht das nur, wenn die Werkstücke in einer Aufspannung gefertigt werden.“ Diese Aufgabe leisten nur Maschinen, die neben simultanem FünfAchsfräsen auch drehen und schleifen können. Das neue, mit Sinumerik 840D sl gesteuerte, hybride Bearbeitungszentrum (BAZ) „Rotamill“ von Cytec ist genau darauf ausgelegt und seit dem Frühsommer 2012 am Markt verfügbar. Mit der Idee, eine solche Maschine zu bauen, spielt das in Jülich ansässige Unternehmen schon seit mehr als sieben Jahren. Auch die wichtigen elektromechanischen Komponenten stehen bei Cytec schon lange zur Verfügung. Doch laut Stephan Weuthen gab es damals keine Steuerung, mit der die vielfältigen Aufgaben komfortabel zu bewältigen gewesen wären. Er ergänzt: „Heute ist das anders. Mit der Steuerung Sinumerik 840D sl haben wir die perfekte CNC gefunden und gemeinsam mit Experten von Siemens innerhalb eines Jahres sämtliche Applikationsanpassungen durchgeführt.“
Am Anfang waren Werkzeugmaschinen-Komponenten
Die Entwicklung und der Bau von zentralen Komponenten für die Werkzeugmaschinenindustrie stehen bei Cytec schon seit der Gründung vor rund 30 Jahren im Fokus. Damals befasste sich das Unternehmen primär mit der im Firmennamen abgebildeten Zylindertechnik. Über die Jahre erweiterte sich das Angebotsspektrum auf andere wichtige Komponenten, die in Bearbeitungszentren unverzichtbar sind: Spannsysteme, Spindeltechnik, Torquemotoren und Bearbeitungsköpfe. Im letztgenannten Bereich gelang im Jahr 2001 der Durchbruch mit einem patentierten Zweiachs-NC-Fräskopf, der mit Direktantrieben in allen Achsen ausgestattet ist. Im selben Jahr machte das Jülicher Unternehmen noch einen weiteren wesentlichen Schritt: Es ging eine enge Kooperation mit dem schwäbischen Werkzeugmaschinenbauer Edel ein.
In kurzer Zeit war das Technologie-Know-how beider Firmen zusammengeflossen. Die am Markt bewährten Edel-Maschinen wurden mit High-end-Komponenten von Cytec ausgestattet und erhöhten so ihren Marktwert. Dabei stehen insbesondere die ZweiAchs-NC-Fräsköpfe und die seit 2004 verfügbaren NC-Rundtische im Mittelpunkt verschiedenster Bearbeitungszentren, so auch bei dem simultanen Fünf-Achs-BAZ „UMC100“ und dem jüngsten hochkomplexen Hybridzentrum „Rotamill“, das mehrere Bearbeitungsarten vereint.
Im Werkzeug- und Formenbau liegt die Schwerpunkttechnologie auf der Fräsbearbeitung. Oftmals sind aber zusätzliche Drehaufgaben zu erledigen, die höchste Anforderungen an Rundheit und Präzision stellen. Früher war dafür zeitaufwändiges Umspannen auf separate Drehmaschinen notwendig. Genauigkeitsverluste gingen dann einher mit Produktivitäts- und Kostennachteilen. Hybride Bearbeitungszentren wie die Rotamill von Cytec räumen mit diesen Nachteilen auf.
In Hochportalweise gebaut, ist die Maschinenzelle extrem steif. Durch weit öffnende Türen und ein flexibles Schiebedach können auch bis zu 2000 x 2600 mm große Werkstücke von vorne oder von oben in den Bearbeitungsraum gebracht werden. Durch große Verfahrwege von 2200 mm in X-, 1300 mm in Y- und 1200 mm in Z-Richtung ist die Rotamill sehr flexibel. Die hohe Vorschubkraft in den Linearachsen X, Y und Z von bis zu 10 kN und Geschwindigkeitswerte von 30 m/s (X, Y) und 15 m/min (Z) stehen zudem für hohe Produktivität.
CNC-gesteuertes Wechselkopfsystem ermöglicht hochpräzise Drehbearbeitung
Der in das Maschinenbett integrierte, direkt getriebene Dreh-Frästisch mit 1200, 1500 oder 1800 mm Durchmesser erreicht Drehzahlen bis zu 200 min-1 und bildet somit die wichtige Basis für die zusätzlich mögliche Dreh- und Schleifbearbeitung. Er verfügt über eine zentrale Durchgangsbohrung, die zum Einspannen von zylindrischen Werkstücken genutzt werden kann. Alternativ lässt sich ein kleiner konzentrischer Rundtisch einbauen, der eine noch höhere Drehzahl erreicht und damit die Bearbeitungszeit von kleineren Teilen verkürzt.
Die Herausforderung der großen seitlichen Kraftmomente bei der Bearbeitung mit Drehwerkzeugen hat Cytec zweifach gelöst. Lösung 1: Die Hochgeschwindigkeitslager der Fräsköpfe werden mit einer Spindelklemmung stabilisiert. Geschäftsführer Weuthen erläutert Lösung 2: „In unserer Rotamill sind drei Wechselköpfe integriert. Für etwaige Drehbearbeitungen lässt sich eine Station mit einer echten Drehspindel bestücken. Damit erreichen wir beim Drehen sehr hohe Rundlaufgenauigkeiten.“
Das Umschalten von einem auf den anderen Bearbeitungskopf ist inzwischen sehr einfach. Zu Vorführzwecken müssen an der übersichtlichen Bedieneinheit nur ein paar Knöpfe gedrückt werden. Im praktischen Einsatz geht’s noch einfacher. Der Wechsel lässt sich im CNC-Programm der Sinumerik 840D sl hinterlegen – dann läuft er vollautomatisch in weniger als einer Minute ab. „Diese zentrale Funktion, die den Umgang mit der Rotamill extrem vereinfacht, kann uns derzeit nur Siemens liefern. Klar, dass wir schon allein aus diesem Grund gerne mit Siemens zusammenarbeiten. Außerdem haben uns jüngste Technikfeatures wie die Bedieneroberfläche Sinumerik Operate und das Technologiepaket M-Dynamics sofort überzeugt“, freut sich Stephan Weuthen.
So ergänzt beispielsweise das in M-Dynamics enthaltene Advanced Surface mit dem Hochgeschwindigkeitszyklus Cycle 832 das Wechselkopfsystem von Cytec perfekt. Denn damit kann der Anwender stets das optimale Verhältnis von Oberflächengüte, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Genauigkeit erreichen. Wählt er beispielsweise eine Frässpindel zum Feinstschlichten aus, so lassen sich die Geschwindigkeitsprofile im Sinne einer hohen Oberflächengüte und Genauigkeit anpassen, wodurch die Grenzbereiche der Maschine optimal ausgeschöpft werden.
Einheitliche Benutzeroberfläche bildet Fräs- und Drehaufgaben gleichartig ab
In intensiver Zusammenarbeit integrierten erfahrene Techniker und Ingenieure von Cytec und Siemens sämtliche benötigten Applikationen in die Sinumerik-Steuerung. Möglich ist dies, da die technologierübergreifende und offene Architektur des NC-Kerns sämtliche Fräs- wie auch Drehaufgaben abbildet. Einen klaren Pluspunkt vergibt der Leiter der Montage der Cytec Zylindertechnik, Thomas Paulsen, zudem an die neue Benutzeroberfläche von Siemens. Er erzählt: „Sinumerik Operate ist durchgängig und übersichtlich – ein Faktor, der insbesondere bei den hybriden Bearbeitungszentren wichtig ist. Schließlich fordert die Umstellung von Fräs- auf Drehbearbeitung das Know-how und die Vorstellungskraft des Maschinenbedieners in besonderem Maße.“
Vereinfacht wird der Umgang mit der Steuerung in vielfältiger Weise. So gleicht bei Sinumerik Operate die Benutzeroberfläche in vielen Details der eines normalen Windows-Computers – bekannte Funktionen wie „copy and paste“ inklusive. Außerdem hat der Bediener unterschiedliche Programmiermethoden zur Auswahl, zwischen denen er beliebig hin- und herwechseln kann: Shopmill (werkstattorientierte Arbeitsschrittprogrammierung), Program-Guide (G-Code mit Zyklenunterstützung) und ISO-Code.
Für Hybridzentren wie Rotamill hält der Program-Guide diverse Vorteile bereit, da sämtliche Fräs- und Drehzyklen zur Verfügung stehen. So lässt sich beispielsweise ein Zyklus für die Anstellung des Dreh- oder Fräswerkzeugs in beliebiger Lage nutzen und sogar mit Drehzyklen und Konturdrehzyklen wie Stech-Drehen oder Restmaterialerkennung kombinieren.
Kommen die Programme von externen CAD-/CAM-Systemen, lassen sich diese via Netzwerk oder USB-Stick einfach übernehmen. „Der Nullpunkt ist schnell gefunden“, erklärt Thomas Paulsen, „und ich kann während des gesamten Einrichtbetriebs problemlos den Maschinenraum betreten. Safety Integrated schützt mich absolut zuverlässig.“ Dieses Siemens-Modul funktioniert auf der Basis einer zweikanaligen kreuzweisen Daten-Überwachung zwischen Antrieb und NC, erlaubt Einricht-Geschwindigkeiten bis zu 2 m/min und gewährleistet bei Unregelmäßigkeiten in allen Achsen einen schnellen Stopp nach ein bis zwei Millimetern.
Beim Einrichten wird der Facharbeiter zudem durch grafische Darstellungen und animierte Bilder unterstützt. Sinumerik Ope- rate bietet beispielsweise eine strukturierte Werkzeugliste, die vom Anwender individuell konfiguriert werden kann. Fräs- und Drehwerkzeuge sind in allen Schneidenlagen und der jeweiligen Bearbeitungsrichtung darstellbar. Dabei ist jedes Werkzeug durch ein Icon gekennzeichnet, so dass der Bediener alle relevanten Daten mit einem Blick erfassen kann. Sollte er dennoch ein unpassendes Werkzeug auswählen, bekommt er über die aktive Technologieüberwachung den Fehler angezeigt und kann ihn sofort korrigieren.
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