Fertigungskonzept verbindet Steifigkeit, Stabilität und Dynamik

Fünf-Achs-Bearbeitung für Flugzeug-Fahrwerksteile

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Seit Mai 2005 verarbeitet Liebherr-Aerospace auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum (BAZ) von DST geschmiedete Stahlteile zu hoch präzisen, sehr steifen Gehäusen für Flugzeug-Fahrwerke. Die Fertigungsfachleute berichten von guten Erfahrungen und sehen ihre Erwartungen hinsichtlich Qualität, Produktivität und Verfügbarkeit zum Teil übererfüllt.

Ein deutliches Plus an Qualität, Produktivität und Verfügbarkeit gegenüber vorhandenen Lösungen, so formulierten die Fertigungsexperten von Liebherr-Aerospace Lindenberg ihre Anforderungen an ein neues BAZ. Anlass für die bedeutende Investition war die Notwendigkeit, die Fertigung der hoch präzisen, sehr steifen Gehäuse für Flugzeug-Fahrwerke zu rationalisieren und zu modernisieren.

Sieben Anbieter hatten per Ausschreibung die Chance, drei qualifizierten sich für die engere Wahl. Nach differenzierten und kritischen Tests erhielt die Dörries Scharmann Technologie (DST) in Mönchengladbach den Auftrag, ein BAZ vom Typ FOGS D 40 C zu fertigen. Die Fachleute bei Liebherr-Aerospace verarbeiten damit seit Mai 2005 geschmiedete Stahlteile zu hoch präzisen Fahrwerkkomponenten für Flugzeuge. Sie berichten von sehr guten Erfahrungen und sehen ihre Erwartungen hinsichtlich Qualität, Produktivität und Verfügbarkeit zum Teil sogar übererfüllt.
Kosten- und Stabilitätsproblem zu lösen
Liebherr-Aerospace ist einer der führenden Ausrüster für die Luftfahrtindustrie weltweit. Fahrwerksysteme, Klimaanlagen sowie Flugsteuerungs- und Betätigungssysteme bilden das anspruchsvolle Leistungsprogramm am idyllisch gelegenen Standort im Allgäu. „Von der Entwicklung und Konstruktion über Design und Fertigung inklusive Oberflächen- und Wärmebehandlung bis hin zur Qualifikation haben wir alles komplett im Haus“, beschreibt Bernd Molinari das Geschäftsfeld der hundertprozentigen Tochter der Liebherr-Aerospace SAS. Seit 16 Jahren arbeitet er im Unternehmen. In dieser Zeit habe sich die dynamische Entwicklung vom Lizenzfertiger zum Systemlieferanten vollzogen, berichtet er stolz.
Jetzt verantwortet Molinari als Gruppenleiter die Arbeitsvorbereitung innerhalb des Bereichs Fertigung für das Fertigungssegment Fahrwerk. Hergestellt werden hier Fahrwerkteile wie zum Beispiel Gehäuse für die Regionalflugzeuge des Typs Embraer 170/190. Molinari und seine Mitarbeiter geben diesen Komponenten ausschließlich spanend ihre genaue Form. Aus den geschmiedeten Rohlingen fertigten sie zuvor diese wie andere Präzisionsteile auch auf zum Teil älteren Maschinen.
Molinari nennt Gründe für die Investition in ein neues BAZ: „Die Abmessungen reichten nicht mehr aus, vor allem Stabilität und Dynamik genügten unseren Anforderungen nicht. Und die vorhandenen Portale produzierten zum Teil nicht kostengünstig – bei Produktivität und Werkzeugtechnologie hat sich in den letzten zehn Jahren viel getan.“ Der Gruppenleiter macht eine Rechnung auf: „Ein großer Teil der Herstellkosten fällt zurzeit auf das Rohmaterial – wir verarbeiten kostenintensive Gesenkschmiedeteile aus niedrig legierten Vergütungsstählen. Bei der Zerspanung generieren wir den weitaus größten Teil der Wertschöpfung hier im Haus. Da sind Maßnahmen gefragt, die internen Herstellkosten zu reduzieren. Die Rohstoffpreise steigen permanent, das müssen wir kompensieren.“
Technologische Anforderungen waren hoch
Die Fertigungsexperten planten folgerichtig die Investition in ein BAZ auf technologisch höchstem Leistungsniveau. Zuvor galt es, objektiv zu testen, um die bestmögliche Wahlalternative zu treffen. Die erste Grobspezifikation der Rahmendaten ergänzten die Techniker mit definierten Werten für die geforderte Leistung und Präzision:
  • Ein Fünf-Achs-Portalfräszentrum mit mindestens 5500 x 2500 mm Spannfläche beziehungsweise Tischgröße, belastbar mit 3000 kg;
  • in den Achsen X, Y und Z maximal 0,01 mm Abweichung vom Sollmaß (p nach VDI GGQ 3441);
  • digital geregelte Antriebe per AC-Motor und weitere Vorgaben.
Dann folgten Pflicht und Kür der drei Bewerber, die sich durch ihr Angebot qualifiziert hatten: Sie sollten erstens ein vorgegebenes Bauteil fertigen, zweitens mussten sie in drei davon unabhängigen Tests die technischen Qualitätsparameter des BAZ nachweisen bzw. darstellen.
Aus diesen Tests ging DST mit dem in Bielefeld ansässigen Produktbereich Droop + Rein als Favorit hervor. Dieser erhielt schließlich den Auftrag für ein Hochgeschwindigkeits-BAZ in Hochgantry-Ausführung FOGS D40. Neben Qualität und Genauigkeit überzeugten sie die Prüfer auch in der dritten Kategorie, der Verfügbarkeit. Diese war wesentlich, denn die Anschaffung einer redundanten Maschine war zu teuer.
Zudem führt ein Maschinenausfall zu gravierenden Störungen der Prozesskette, denn der Prozess der spanenden Bearbeitung als Ganzes, vom Schruppen bis zum Feinschlichten, geschieht an der jeweiligen Maschine NC-gesteuert in drei Aufspannungen. Die Maschinen sind untereinander nicht verknüpft; die BAZ werden mit den Schmiedeteilen manuell beladen, das fertige Teil entsprechend auch manuell entnommen. Ein Maschinenausfall würde innerhalb dieser Prozessgestaltung einen gravierenden Produktionsausfall verursachen.
Verfügbarkeit bei 95 Prozent
Das Hochgeschwindigkeits-BAZ steht den Anwendern in Lindenberg aktiv und produktiv, dreischichtig rund um die Uhr zu Diensten – bei einer Verfügbarkeit von etwa 95 Prozent. Mit seiner Hilfe wird ein neues Maschinenkonzept realisiert: „Schruppen und Schlichten – wir machen alles auf dieser Maschine“, so Bernd Molinari.
Aktuell ist die Spannfläche wahlweise in einen Bereich zum Bearbeiten und einen zum Rüsten unterteilt. Sollten Aufträge mit erheblich größeren Werkstückabmessungen kommen, steht die Gesamtfläche für ein Werkstück zur Verfügung. Technisch ausgelegt sind ebenfalls die Bearbeitungsmöglichkeiten mit fünf „echten“ Arbeitsachsen; momentan dienen B- und C-Achse vorwiegend zum Positionieren.
Die Komplettbearbeitung vom Schruppen über das Schlichten bis zum Hochgeschwindigkeits-Fertigschlichten stellt extrem unterschiedliche Anforderungen an eine Werkzeugmaschine. Die innovative Konzeption der FOGS D 40 realisiert sie mit seitlich neben den Spannflächen und vor allem über dem Werkstück liegenden Führungsbahnen (obenliegendes Gantry, OG). Diese Ausführung ergibt die für das Schruppen erforderliche hohe Steifigkeit und die zum Schlichten benötigte hohe Dynamik. Die Steifigkeit resultiert aus dem hohen U-förmigen Fundament, in dessen Längsrichtung der Querbalken in der X-Achse verfährt.
Die Fräseinheit besteht aus dem in der Y-Achse verfahrbaren Kreuzschlitten und dem an der Schieberfräseinheit (Z-Achse) befestigten Gabelkopf, der mit wechselbaren Getriebefrässpindeln mit 40 kW Antriebsleistung und Motorfrässpindeln mit 20 kW Leistung ausgestattet ist. Dieser führt die Fräsbearbeitungen aus – bei Bedarf auch in der B- und C-Achse. Das erlaubt höchste Effektivvorschübe.
Produktivitätsziel übererfüllt
Nach den bisherigen Erfahrungen mit der FOGS D40 sehen die Zerspanungsfachleute in Lindenberg ihren Forderungen nicht nur Genüge getan, sondern sie in wichtigen Teilen sogar übererfüllt. So ist in puncto Produktivität die zugesagte Bearbeitungszeit für das Fahrwerksbein dank intelligenter Frässtrategie und Werkzeugtechnologie deutlich unterschritten worden. „Wir haben zusätzlich zur FOGS D40 auch in die Programmiersoftware Tebis und neue Werkzeugtechnologie investiert“, berichtet Molinari. „Mit der Anwendung des kompletten Systems, bestehend aus Maschine, Werkzeug und Programmiersoftware, haben wir unsere eigenen Erwartungen weit übertroffen.“ Auch Qualität sei gewährleistet. Das Highlight, versichert der Gruppenleiter, sei jedoch die Verfügbarkeit: „Die maschinenbedingten Stillstandszeiten sind sehr gering.“
Trend geht zur Komplettbearbeitung
Seine mit dem Hochgeschwindigkeits-BAZ gesammelten Erfahrungen gibt Molinari gerne weiter. „Der Trend geht gerade bei der Fertigung kleiner Losgrößen wie in Lindenberg hin zur Komplettbearbeitung mit allen zerspanenden Formgebungsverfahren“, so der Gruppenleiter. Deshalb rät er dazu, beim Bearbeitungskonzept sowohl auf Steifigkeit und Stabilität als auch auf Dynamik zu achten.
Außerdem empfiehlt Molinari, bei vergleichbaren Investitionen grundsätzlich praktisch zu testen: „Im Bearbeitungsverfahren kommen immer wieder Situationen und Anforderungen vor, die über die rein theoretisch-technischen Leistungsdaten einer Anlage hinaus gehen. Stehen aufwändige Investitionen an, kaufen wir immer den kompletten Prozess: Maschinen einschließlich NC-Programm und Werkzeug.“ Im Falle der Geschäftsverbindung Liebherr-Aerospace und DST sei eine optimale Fusion gelungen.
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