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Oct 06, 2023

Achtung: Gehen Sie mit neuartigen Konfigurationen über die standardmäßige Fünf-Achsen-Bearbeitung hinaus

Unsere Erkundung der mehrachsigen Bearbeitung im letzten Jahr umfasste verschiedene Konfigurationen, die weit über fünf Achsen hinausgingen, darunter Fräs-Dreh- und Additiv-Subtraktiv-Hybride. Diese Maschinen erreichten ihre hohe Achsenzahl durch den Einbau mehrerer Werkzeugrevolver, mehrerer Spindeln oder additiver Köpfe auf Schlitten – manchmal in Kombination.

Nur in einem ungewöhnlichen Beispiel wurde tatsächlich die gleichzeitige Bewegung von mehr als fünf Achsen auf ein einzelnes Teil angewendet, und zwar mit zwei verschiedenen Spindeln. Dieses Jahr halten wir es einfach: Sollten Sie mehr als eine Fünf-Achsen-Bewegung in Betracht ziehen, wenn eine Spindel ein Teil angreift?

Laut Jimmy Trusty, Mitbegründer und Betriebsleiter bei KRC Machine Tool Solutions in Independence, Kentucky, kommt es – wie so oft – auf das Teil an. Dazu kommen die Kosten und die Schwierigkeit, alle erforderlichen Schnitte in mehreren Aufspannungen durchzuführen (ggf. auf mehreren Maschinen) rechtfertigen die Investition in eine Maschine mit sechster Achse? Bisher sind die meisten Unternehmen, die dies bejahen, in der Luft- und Raumfahrtindustrie tätig, die große, hochwertige Teile mit engen Toleranzen herstellen. Aber es ist ein sich änderndes Kalkül, denn die Kosten für Sechs-Achsen-Lösungen sinken.

Der Schlüssel, erklärte Trusty, seien die Kosten des zweiachsigen Schneidkopfes. Eine typische Sechs-Achsen-Anordnung umfasst drei Linearachsen, einen Drehtisch und einen in zwei Achsen schwenkbaren Schneidkopf. Für Situationen, in denen Sie den Kopf für einen schweren Schnitt in einem bestimmten Winkel arretieren möchten, können diese zweiachsigen Köpfe mit einer Hirth-Kupplung oder einem hydraulischen Klemmmechanismus ausgestattet werden. Trusty sagte, Hersteller in Taiwan, Italien und anderswo bieten jetzt zweiachsige Köpfe zum Preis von nur 20.000 US-Dollar an, im Gegensatz zu den 150.000 bis 200.000 US-Dollar, die bei höherpreisigen Bearbeitungszentren üblich sind.

Ein Werkzeugmaschinenhersteller könnte wahrscheinlich keine billigere Maschine mit einem sechsstelligen Betrag auf den Markt bringen, bemerkte Trusty. Aber eine kostengünstigere Maschine mit einem preisgünstigen Zwei-Achsen-Kopf hat ihren Platz. „Da die Kosten einiger Maschinen sinken, wird die Sechs-Achsen-Bearbeitung zunehmend auch in anderen Branchen eingesetzt, meist um den Rüstaufwand zu reduzieren“, sagte Trusty. „Sie können ein Teil auf einer Maschine bearbeiten, anstatt auf zwei oder drei Maschinen umzusteigen.“

Trusty gab an, dass diese kostengünstigeren Köpfe nicht die Langlebigkeit oder höhere Drehzahl der teureren Modelle bieten, aber für die kleineren Maschinen und kleineren Aufgaben, bei denen sie eingesetzt werden, gut genug funktionieren. Ein Beispiel sind Anwendungen im Kfz-Ersatzteilmarkt.

„In der Automobilindustrie gab es immer fünf Achsen, aber es waren fünf Achsen mit Drehtischen“, sagte Trusty. „Jetzt sehen Sie die horizontalen und vertikalen Drehtischmaschinen mit einem zweiachsigen Kopf sowie drei oder vier Linearachsen ... . Viele dieser Maschinen können nicht sechs oder sieben Achsen gleichzeitig anwenden, aber sie können das Teil mit zwei Drehachsen so positionieren, dass die anderen beiden Achsen im Kopf das gewünschte Ziel erreichen können, z. B. in eine Tasche gelangen.“

Bei der Mehrachsbearbeitung kommt es häufig vor: Die meisten Fünfachsmaschinen schneiden im Allgemeinen nicht mit Fünf-Achsen-Simultaninterpolation. Stattdessen erreichen zwei Achsen eine vorübergehend festgelegte Position und dann bewegen sich drei Achsen durch den Schnitt. Daher die Bezeichnung „3+2-Achs-Bearbeitung“.

Trusty bemerkte außerdem, dass die meisten sechsachsigen Maschinen nicht alle Achsen durch den Schnitt bewegen, obwohl er noch nie gehört hat, dass jemand den Ausdruck „3+3-Bearbeitung“ verwendet. Aber die 6. Achse „bietet Ihnen eine ganz neue Gruppe von Positionierungsmöglichkeiten“, erklärte Trusty. Und es gibt tatsächlich Situationen, in denen man den erforderlichen Schnitt sonst nicht schaffen könnte. Es gebe sogar einige Fälle, in denen eine simultane Sechs-Achsen-Interpolation erforderlich sei, erzählte er.

Nehmen Sie das sechsachsige horizontale Bearbeitungszentrum Helix von KRC. Praktisch alles kann individuell angepasst werden, während die Standardkonfiguration einen Querweg von 78 Zoll (1.980 mm) in X und 147 Zoll (3.734 mm) in Y sowie einen Tisch mit 72 Zoll (1.822 mm) Durchmesser (B-Achse) bietet. Der vertikale Z-Achsen-Verfahrweg beträgt 66 Zoll (1.676 mm) und er trägt einen zweiachsigen Kopf, der sich um 360° parallel zu Z dreht und um ±110° senkrecht zu Z schwenkt. Die Standardspindel bietet 46 PS (34 kW) und 12.000 U/min eine HSK100A-Schnittstelle, und Sie können bis zu 30.000 U/min erreichen.

KRC lieferte eine solche Maschine an einen Luft- und Raumfahrtkunden, der alle sechs Achsen gleichzeitig bewegen wollte. Das sei nicht typisch, sagte Trusty, stellte jedoch fest, dass ein Teil dies erforderlich mache. Er beschrieb die Anwendung als „sehr kompliziertes Flugzeugtriebwerksteil mit einem Durchmesser von etwa drei Fuß (10 m)“. Es ist so komplex, dass der Bearbeitungsprozess sechs Achsen erforderte, nur um sich in und um einige Teile des Teils zu drehen.“

Neben der Flexibilität, die sich aus einer sechsten Achse ergibt, ist es laut Trusty auch ziemlich Standard, bei größeren Maschinen mehrere Schneidköpfe anzubieten, oft mit der Möglichkeit, diese automatisch auszutauschen. Da sich jeder Kopf in Merkmalen wie Geschwindigkeit und Drehmoment sowie der Achskonfiguration unterscheiden kann, trägt die Verwendung mehrerer Köpfe effektiv zur geometrischen Flexibilität der Maschine als Ganzes bei.

Ein vielleicht extremes Beispiel ist die neueste von vier Maschinen, die Starrag USA Inc., Hebron, Kentucky, an Metalex Manufacturing in Cincinnati geliefert hat. Dieses neue Monster, ein Portalbearbeitungszentrum der Droop+Rein T-Serie, war mit 12 Bearbeitungsköpfen ausgestattet, und Metalex erwägt bereits die Hinzufügung von zwei weiteren.

Der 12. Kopf, den Metalex kurz vor der Auslieferung spezifizierte, um große Aluminiumringe für einen Luft- und Raumfahrtkunden zu fräsen, ist um ±203° schwenkbar und verfügt über eine integrierte motorisierte Spindel, die mit bis zu 18.000 U/min arbeitet. Starrag beschrieb die Auswahl an Köpfen von Metalex als „große Auswahl“. Die Köpfe lassen sich laut Anbieter automatisch auswechseln und laufen alle auf einer C-Achse mit stufenloser Drehung. Starrag berichtete, dass die Maschine über „zwei durchgehende Universal-Gabelfräsköpfe“ für „schwere Bearbeitung mit einem Fräsdrehmoment von bis zu 1.770 ft-lbs (2.400 Nm)“ verfügt.

Auch die Größe der Maschine ist extrem, mit einem Arbeitsbereich von 748“ (19.000 mm) in X, 354“ (9.000 mm) in Y und 118“ (3.000 mm) in Z. Als „durchgehende mobile Traverse“ bezeichnet Starrag die sechste Achse (W) und nannte einen Verfahrweg von 217 Zoll (5.500 mm) für „noch flexibleres, universelles Arbeiten“. Das X-Achsen-Bett trägt zwei Tische mit einer Größe von jeweils 236 x 315 Zoll (6.000 x 8.000 mm).

Das Layout ist so gestaltet, dass das Personal separat daran arbeiten kann. Beispielsweise kann ein Tisch für die Bearbeitung genutzt werden, während der andere zum Rüsten oder Prüfen außerhalb des Arbeitsbereichs genutzt wird. Umgekehrt können die Tische im Tandem verwendet und auf 709 Zoll (18.000 mm) erweitert werden, um besonders lange Werkstücke zu unterstützen.

Darüber hinaus verfügt jeder Tisch über einen integrierten Runddrehtisch mit 236 Zoll (6.000 mm) Durchmesser, der von einem 149 PS (111 kW) starken Hauptantrieb angetrieben wird. Dies ermöglicht die rotative Bearbeitung von Bauteilen mit einem Gewicht von bis zu 200 Tonnen (181.000 kg). So lieferte Starrag auch Drehmeißelhalter aus dem Dörries-Sortiment. Schließlich können die Drehtische auch als C-Achse zur präzisen Positionierung beim Fräsen und Bohren eingesetzt werden. Kurzum: Heiko Quack, Vertriebsleiter für Großprojekte bei Starrag, „ist davon überzeugt, dass diese Maschine in ihrer Größe, Konfiguration und Multifunktionalität einzigartig ist.“

Um unsere selbst auferlegte Beschränkung „eine Spindel nach der anderen“ zu durchbrechen, betrachten wir die KRC Fusion-Serie. Wie Marketingmanagerin Caitlin DeVore erklärte, handelt es sich dabei um Maschinen im Gantry-Stil, die KRC „für eine Vielzahl von Größen und für mehrere Bearbeitungszwecke“ konfigurieren kann. Dieses System bietet großformatige CNC-Bearbeitung, wobei jedes System als schlüsselfertige Lösung maßgeschneidert und so konfiguriert ist, dass es den spezifischen und einzigartigen Prozessanforderungen jedes Kunden entspricht.“

Fusionsmaschinen verfügen über „eine bewegliche Brücke und zwei vertikale Masten auf parallelen Schienen, die über dem Arbeitsbereich hängen“. Jeder Mast trägt einen Bearbeitungskopf und jeder Kopf kann sich in fünf oder sechs Achsen bewegen. Zusätzlich zum Fräsen/Fräsen kann ein Fusion-„Bearbeitungskopf“ ein Ultraschallschneidsystem, ein abrasiver Wasserstrahl, ein Inspektionssystem, ein abtragender Laser oder ein Drucksystem sein. Laut DeVore können Kunden bei Bedarf sogar Jahre nach der Maschinenlieferung Technologien hinzufügen.

„Hybrid-Bearbeitungszentren der Fusion-Serie bieten große Flexibilität, da sie hochgradig konfigurierbar sind und eine Vielzahl additiver, subtraktiver und adaptiver Bearbeitungstechnologien in einem Arbeitszentrum nutzen“, fasste sie zusammen. „Dieses Multiprozess-Bearbeitungszentrum kann Besäum-, Bohr-, Fräs-, Oberflächenfräs-, Markierungs- und Inspektionsprozesse in einer Maschine durchführen.“

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