Mechatronische Werkzeugsysteme wie die Tooltronic von Mapal ermöglichen auf Standardbearbeitungszentren und Sondermaschinen neue Bearbeitungskonzepte, so dass sich vielfach eine Komplettbearbeitung kubischer Werkstücke mit hoher Präzision in einer Aufspannung realisieren lässt. Der modulare Aufbau des Werkzeugsystems ermöglicht eine hohe Anwendungsflexibilität und sorgt darüber hinaus für einen problemlosen Austausch der Systemkomponenten und eine hohe Maschinenverfügbarkeit.
In der Metallbearbeitung halten der Trend zu immer komplexeren Werkstücken und ein hoher Kostendruck ungebremst an. Anwender suchen daher nach Wegen, um freie Konturen, Hinterstiche oder nichtzylindrische Bohrungen in einer Aufspannung auf Bearbeitungszentren (BAZ) fertigen bzw. noch effizienter fertigen zu können. Für einfache Aufgaben bewähren sich seit Jahren mechanische Aussteuerwerkzeuge. Lösungen wie das Tooltronic-System von Mapal geben den Konstrukteuren aber neue Bearbeitungsmöglichkeiten bei der Realisierung komplexer Werkstücke an die Hand. Sie runden damit das Einsatzspektrum von Aussteuerwerkzeugen nach oben ab.
Tooltronic ist ein modular aufgebautes mechatronisches Werkzeugsystem, das als frei programmierbares Aussteuerwerkzeug (U-Achse) auf konventionellen Bearbeitungszentren aber auch auf Sondermaschinen eingesetzt werden kann. Es erlaubt als vollwertige NC-Achse die Realisierung fast jeder beliebigen Kontur und Drehoperation auch an nichtrotationssymmetrischen Teilen mit hoher Präzision. Typische Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Pumpen- und Hydraulikindustrie oder die Motorenbearbeitung im Automotive-Bereich.
Geschlossenes Antriebsmodul
Hierzu bildet das Tooltronic-System mit einer Antriebseinheit (rotierende Einheit), einem Aussteuerwerkzeug und einem Aufsatzwerkzeug ein in sich geschlossenes Antriebsmodul. Der Antrieb wird induktiv mit Energie versorgt. Ebenfalls induktiv können Signaldaten zwischen der übergeordneten Maschinensteuerung und dem Werkzeug bidirektional ausgetauscht werden, so dass geschlossene Regelschleifen für die Interpolation mit anderen Maschinenachsen oder eine Verschleiß- und Schneidenradiuskorrektur aufgebaut werden können.
Die eigentliche Programmierung erfolgt wie gewohnt in der Maschinensteuerung. Die Zusammenführung und die Anpassung der Signale und die Leistungsversorgung übernimmt die Tooltronic-Statorbox, die sich dank ihrer neuen, kompakten Abmessungen auch im Nachhinein leicht in Standardmaschinen integrieren lässt. Damit die Steuerung immer die exakte Position des Aussteuerwerkzeugs kennt und so Crashs auch ohne die sonst übliche Verweilzeit des Werkzeugs vermieden werden können, hat Mapal das sensorbasierte System Tooltronic-S als zusätzliche Option im Programm, das für die in der Serienfertigung geforderte hohe Prozesssicherheit sorgt.
Welches Aufsatzwerkzeug mit der Tooltronic verwendet wird, hängt dabei von der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe ab. Das Tooltronic-Produktportfolio umfasst gegenwärtig exzentrische Aussteuerwerkzeuge für kleinere Hübe und hohe Drehzahlen bis 8000 U/min sowie lineare Aussteuerwerkzeuge mit einem Bearbeitungsbereich von bis zu 112 mm (Radialhub von 56 mm). Mit ihnen können Innen- und Außenflächen von Werkstücken längs- bzw. plangedreht und Konturen (z. B. Trompeten-, Kegel-, Kugelformen) sowie Einstiche nahezu beliebiger Form innen und außen am Werkstück realisiert werden.
Auch für die Großserie
Dank ihrer vorteilhaften Eigenschaften haben mechatronische Werkzeugsysteme längst die Nische des Prototypenbaus verlassen und werden daneben auch für die Bearbeitung von variantenreichen Teilefamilien und in der Fertigung von Klein- und Großserien eingesetzt. Gerade im Dreischichtbetrieb spielt die Wartungsfreundlichkeit der Tooltronic eine zentrale Rolle und hat deren Verbreitung deutlich vorangetrieben: Aufgrund des modularen Aufbaus können z.B. einzelne Komponenten bei Auftreten eines Problems schnell getauscht werden und es kann mit minimaler Ausfallzeit weiterproduziert werden. Ein in der Statorbox integriertes Touch-Display erleichtert dabei die Inbetriebnahme, die Überwachung und die Analyse des Systems und hilft ebenfalls, die Stillstandzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.
Erweitertes Einsatzspektrum
Zum Anwenderkreis der mechatronischen Werkzeugsysteme gehören daher unter anderem Hersteller von Motoren für den Rennsport oder Hersteller von Motoren und Getriebe für Serienfahrzeuge, die z.B. den Ventilsitz und Ventilringe oder Zylinderbohrungen feinbearbeiten.
Damit sind die Möglichkeiten des Systems aber noch nicht ausgereizt, wie erste, erfolgreich abgeschlossene Versuche zeigen, bei der die Tooltronic für die Unrundbearbeitung und das Honen eingesetzt wurde.
Durch die Erweiterung der Bearbeitungsmöglichkeiten erhöht sich das Einsatzspektrum mechatronischer Werkzeugsysteme und damit das nutzbare Einsparungspotential noch einmal: Es können unter dem Strich eine ganze Reihe an Maschinen- und Werkzeugwechseln vermieden und damit die Durchlaufzeiten sowie der Investitionsbedarf spürbar verringert werden. Bei Drehoperationen muss weder das Werkstück in Rotation versetzt werden noch müssen große Servomotoren die Drehspindel antreiben, so dass die Bearbeitung mit der Tooltronic – ein weiterer Pluspunkt – besonders energieeffizient ist. Es lohnt sich angesichts dieser Vorteile für jeden Betrieb, sich mit mechatronischen Werkzeugsystemen auseinanderzusetzen.
Mapal Dr. Kress KG www.mapal.com
Der Autor
Michael Hils, Leiter Mechatronische Systeme, Mapal Dr. Kress KG
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