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Röders GmbH - HSC im Formenbau

: Röders


Hochgenaues Vielzweck-Bearbeitungszentrum für höchste Produktivität. Bei der Erstellung von Formen haben Zeitersparnis und Präzision besonders hohe Priorität. Ein neuartiges 3-Achs-Bearbeitungszentrum ermöglicht es jetzt, die Arbeitsgänge HSC-Fräsen (Schruppen und Schlichten), Koordinatenschleifen und Messen vollautomatisch in einer Aufspannung durchzuführen.

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Das 3-Achs-Bearbeitungszentrum RHP 800 ermöglicht die vollautomatische Abwicklung der Arbeitsgänge Schruppen, Schlichten, Koordinatenschleifen und Messen in einer Aufspannung. (Fotos: Klaus Vollrath)

Das 3-Achs-Bearbeitungszentrum RHP 800 ermöglicht die vollautomatische Abwicklung...

Zu den Leistungsmerkmalen des für Hartbearbeitung geeigneten Systems gehört außerdem eine außergewöhnlich hohe Präzision.

„Hersteller von Druckgussstücken für den Automobilsektor stehen in einem extrem harten Wettbewerb“, weiß Modellbaumeister Jörg Inselmann, Geschäftsführer der ae formen- und werkzeugbau gmbh. Spitzenleistungen sind dabei untrennbar mit dem Know-how für die Herstellung der Produktionswerkzeuge verknüpft, denn die Qualität der Form hat entscheidenden Einfluss sowohl auf die Eigenschaften des Gussteils als auch auf die Produktivität der Fertigung. Doch obwohl deshalb ein qualifizierter Werkzeugbau für die meisten Druckgießer zu den wesentlichen Kernkompetenzen gehört, müssen sich die entsprechenden Abteilungen heute ständig mit anderen Anbietern am Markt vergleichen lassen. Dabei steht man im direkten Wettbewerb mit Anbietern aus dem eigenen Land ebenso wie mit solchen aus Niedriglohnländern von Polen bis China.

Erfolgsfaktoren Schnelligkeit und Genauigkeit

„Autohersteller befinden sich in einem ständigen Wettlauf um die schnellstmögliche Einführung neuer Modelle. Deshalb ist für uns Geschwindigkeit – bei voller Qualität – oberstes Gebot“, setzt Inselmann hinzu. Eine moderne Druckgießform ist ein komplexes Gebilde aus teilweise mehreren hundert Einzelteilen aus gehärtetem Werkzeugstahl. Aufgrund der Komplexität der Geometrie und der geforderten Genauigkeiten müssen neben dem HSC-Fräsen noch weitere Fertigungsverfahren wie Koordinatenschleifen, Drahterodieren und Senkerodieren eingesetzt werden. Hinzu kommt der Zeitaufwand für die Herstellung von Hilfswerkzeugen – insbesondere Graphit- und Kupferelektroden für das Senkerodieren – sowie entsprechender Hilfsvorrichtungen.
Allein für das Senkerodieren müsse man bei komplexeren Geometrien oft mehrere hundert Maschinenstunden ansetzen. In der Summe kommen so für ein Werkzeug teils weit über tausend Maschinenstunden zusammen. Neben hohen Kosten bedingt dies auch erhebliche Vorlaufzeiten. Für die Kunden, die einem immensen „time-to-Market“-Druck ausgesetzt sind, stelle daher jede substanzielle Zeitersparnis bei der Formherstellung einen wichtigen Fortschritt dar. Für den Formenbauer seien deshalb Lösungen für die Automatisierung einiger kritischer Prozessschritte, die bisher noch manuell durchgeführt werden mussten, von erheblicher Bedeutung.

Das Automationshemmnis Präzisionsschleifen…

„In Druckgießformen müssen wir je nach Komplexität zwischen 10 und 90 hochpräzise auf Passung geschliffene Bohrungen einbringen“, sagt Jörg Inselmann. Dieser Vorgang ließ sich bisher nicht automatisieren, sondern musste manuell durchgeführt werden. Hierbei kam ein spezieller Planetenkopf zum Einsatz, der einen Schleifstift in helixförmigen Bahnen an der Bohrwandung entlang führt. Da sich der Schleifstift abnutzt, lässt sich die Endposition angesichts der hohen geforderten Genauigkeit nicht vorher programmieren. Vielmehr muss sich der Bediener schrittweise an das Endmaß „herantasten“. Hierzu muss er den Schleifvorgang immer wieder unterbrechen und den Ist-Durchmesser mit Hilfe eines Satzes hochgenauer Passstifte bestimmen, um anschließend vorsichtig weiter zuzustellen. Selbst ein erfahrener Mitarbeiter braucht dafür pro Bohrung rund 15 min, was sich bei komplexen Formen auf bis zu drei Mannschichten summieren kann.

Mannlose Fertigung

„Als wir Herrn Inselmann daher eine Maschine in Aussicht stellten, mit der sich solche Arbeitsgänge in gleicher Aufspannung vollständig automatisieren lassen, war er sofort hoch interessiert“, ergänzt Dr.-Ing. Oliver Gossel, Leiter Entwicklung des Werkzeugmaschinenherstellers Röders Tec in Soltau. Besonderer „Clou“ des neu entwickelten RHP-Bearbeitungszentrums ist eine Vielzweck-Auslegung, mit der sich eine möglichst große Zahl der für die Bearbeitung
von Formen erforderlichen Arbeitsgänge vollautomatisch in ein und derselben Aufspannung durchführen lässt. So kann neben der Automatisierung des Koordinatenschleifens ebenfalls eine große Zeit- und Kostenersparnis durch die konsequente HSC-Bearbeitung der Formen erreicht werden. Für die Schleifbearbeitung verfügt die installierte RHP 800 über ein Körperschall-Werkzeugvermessungssystem, mit der sich die exakten Abmessungen des Schleifstifts automatisch ermitteln lassen, sowie über eine Abrichtstation, um die einwandfreie Geometrie des Werkzeugs sicherzustellen. Hinzu kommt ein Messtaster, der dank des Einsatzes von gleich zwei verschiedenen Kalibrierkörpern – Kugel und Ring – so präzise arbeitet, dass damit selbst höchste Genauigkeitsanforderungen erfüllt werden können. Zusammen mit der ae group entwickelte Röders eine spezielle NC-Funktion der Steuerung, mit der Schleifoperationen parametrisiert aufgerufen und vollautomatisch abgearbeitet werden können. Dabei geht das Programm genau so vor wie ein qualifizierter Facharbeiter, indem es im Wechsel von Bearbeitung und Messung auf das gewünschte Endmaß hinarbeitet. Ein Sensor zur Anschlifferkennung minimiert dabei zeitraubende „Luftnummern“, und dank der Tastfunktion stehen zudem gleich auch die Messprotokolle für eine CAQ-Dokumentation zur Verfügung. Auch für das Konturschleifen – wichtig z.B. für die Herstellung der Einsätze, auf denen viele komplexe Formkonturen oder abrissgefährdete Kerne sitzen – ermöglicht die Maschine automatisierte Lösungsstrategien.
Besonderes „Sahnehäubchen“ der Anlage ist eine ebenfalls gemeinsam entwickelte Sonderfunktion der Tastsoftware, mit deren Hilfe der Verzug einer nach dem Schruppen gehärteten Form erfasst werden kann. Nach Vermessung des Ist-Zustands berechnet die Steuerung automatisch den optimalen Nullpunkt im Sinne einer Minimierung des Fehlers durch Härteverzug. Dadurch wird es möglich, das Aufmaß bei der Vorbearbeitung zu reduzieren und so den Zerspanungsaufwand für die anschließende Schlicht- und Schleifbearbeitung zu minimieren.

Präzisionsmechanik

„Grundlegende Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass die verwendete Maschine auch die erforderliche statische und dynamisch Präzision gewährleistet“, sagt O. Gossel. Eine Analyse herkömmlicher
Maschinenkonzepte habe gezeigt, dass ihr entscheidender Schwachpunkt die reibungsbedingten Umkehrfehler bei Richtungswechseln waren. Für die RHP-Serie entschied man sich bei Röders daher für hydrostatische Führungen, die nahezu reibungs- und verschleißfrei arbeiten, weil die Gleitschuhe der Achsen auf einem dünnen, druckkontrollierten Ölfilm „schwimmen“. Die Dicke des Films wird mit Hilfe eines besonderen Regelkreises konstant gehalten. Verringert sie sich auf Grund erhöhter Belastung, so wird der Druck der Flüssigkeit in der jeweiligen Tasche erhöht und umgekehrt. Da dies mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, weist die Führung eine hervorragende Steifigkeit auf. Hinzu kommen hochdynamische Linearantriebe und eine Steuerung, die sorgfältig auf die Minimierung von Bahnfehlern bei Richtungswechseln hin optimiert wurde.
Um thermisch bedingte Abweichungen zu unterbinden, wird die Temperatur aller wichtigen Komponenten – Achsen, Antriebe, Ölkreislauf und Spindel – mit Hilfe leistungsfähiger Heiz/Kühlsysteme überwacht und in engen Grenzen konstant gehalten. Mit Hilfe eines speziellen Sensors erkennt und kompensiert die Steuerung darüber hinaus thermisch bedingte Veränderungen der Spindel. Lohn all dieser Maßnahmen ist ein System, das in der Lage ist, Werkstücke mit höchster Genauigkeit herzustellen. So werden – insbesondere für das Koordinatenschleifen von Bohrungen wichtig – Kreise bei der Bearbeitung als wirkliche Kreise gefräst, ohne die von konventionellen Maschinen her bekannten Markierungen an den Quadrantenübergängen.

HSC-Hartzerspaner

„Beim Kauf der Maschine haben wir uns für eine 17 kW-Spindel mit 36.000 UPM entschieden“, erläutert J. Inselmann. Damit erziele man sehr gute Zerspanungsleistungen selbst in gehärtetem Material, so dass sich die RHP 800 auch bei der Schruppbearbeitung hervorragend bewähre. Zu den größten Vorteilen gehöre jedoch der Zeitgewinn durch die Möglichkeit, unterschiedlichste Arbeitsgänge wie Schruppen, Schlichten, Koordinatenschleifen von Bohrungen und Konturen und Vermessung in ein und derselben Aufspannung durchzuführen. Neben dem Zugewinn an Genauigkeit erspare dies auch noch jede Menge Rüstzeit. Besonders interessant ist die Fähigkeit zum Konturschleifen, weil man damit bei bestimmten Formeinsätzen zumindest
teilweise auf Senkerodier-Arbeitsgänge verzichten könne, die sich je nach Form auf teilweise mehrere hundert Stunden summieren können.

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