CNC-Bearbeitungsanwendungsfälle in der Militär- und Verteidigungsindustrie

Als Haupteinnahmequelle aus der Fertigung verlassen sich die Verteidigungs- und Militärindustrie auf einige sehr flexible, kostengünstige und zuverlässige Technologien. Da die globalen Verteidigungsausgaben im Zeitraum 2019–2023 mit einer CAGR von etwa 3 Prozent steigen und bis 2023 2,1 Billionen US-Dollar erreichen werden, investieren sie auch stark in moderne Bearbeitungslösungen in verschiedenen Bereichen ihres Arbeitsablaufs.

Die allgemeinen Anforderungen an militärische Ausrüstung können sehr unterschiedlich sein, aber einige Dinge gelten allgemein. Im Allgemeinen muss militärische Ausrüstung robust und starr sein und in rauem Gelände gut funktionieren. Viele der großen Geräte sind aus Metall und erfordern Metallteile, aber es gibt auch einen Platz für medizinische Versorgung (die von den Militärbehörden, der FDA oder anderen staatlichen Vorschriften, die je nach Region gelten, genehmigt werden müssen).

Da sich Verteidigungsanwendungen mit anderen Branchen wie Kommunikation, Medizin, Luft- und Raumfahrt usw. überschneiden können, bedeutet dies oft, dass sie auch alle für diese Branchen spezifischen Bearbeitungseinrichtungen nutzen. Die Maschinen müssen oft groß sein und Materialien wie Legierungen und harte, langlebige Metalle verarbeiten können.

Hier sind nur einige der Möglichkeiten, wie die Verteidigungsindustrie CNC-Maschinen implementiert und wie sie etwas Einzigartiges auf den Tisch bringen:

Luft- und Raumfahrtanwendungen

Einer der Hauptanwender von CNC-Fertigungstechnologien ist Lockheed Martin. Lockheed Martin ist nicht nur wohl der größte Name in der Rüstungsindustrie, sondern auch das drittgrößte Luft- und Raumfahrtunternehmen der Welt, hinter Boeing und Airbus. Das Unternehmen hat jedoch etwas andere Bedürfnisse als die beiden anderen, da es sich viel stärker auf die Verteidigung konzentriert. Hier kommen Präzisionsbearbeitungstechnologien ins Spiel, die eine hohe Teilegenauigkeit, Prozesssicherheit und Kosteneinsparungen bieten.

Während CNC-Maschinen seit ihrer Einführung in militärischen Anwendungen eingesetzt werden, bieten moderne Fräsen und Bohrer etwas Einzigartiges, das die meisten anderen Fertigungstechnologien nicht erreichen können. Allein die Präzision ermöglicht weitaus neuartigere militärische Anwendungen. Die Verbundstoffhüllen der F35 zum Beispiel werden mit so engen Toleranzen gefräst und gebohrt, dass die zusammengebaute Oberfläche des Flugzeugs die Fehlanpassungen vermeidet, die auf einem Radar angezeigt werden können.

Im Fall der F-35 verwenden die Hersteller eine fünfachsige Fräsmaschine mit einem obenliegenden Portal, das reichlich Leistung für ihre Präzisionsbearbeitungsoperationen an der Verbundstoffhaut von Flugzeugen bereitstellt. Es verwaltet auch komplexe kohlefaserverstärkte Kunststoffteile zusammen mit den Aluminium-Vakuumhalterungen, die das Teil während der Herstellung halten. Eine einzige Maschine allein bohrt zahlreiche Arten von Teilen für alle Sektionen des Flugzeugs und für den Herstellungsprozess selbst.

In ähnlicher Weise ist Northrop Grumman ein weiterer Auftragnehmer für die Luft- und Raumfahrt, der CNC-Maschinen als den besten Weg zum Erreichen seiner Ziele ansieht. Sie haben eine langjährige Partnerschaft mit dem Weltklasse-Fertigungskonglomerat Siemens, um ihre Systeme zu nutzen, und haben eine Menge Geld in die Entwicklung neuer Technologien für den eigenen Gebrauch investiert. Die Forschung von Northrop Grumman hat gezeigt, dass die Hauptkategorien, die eine CNC-Maschine (für Verteidigungsanwendungen) erfüllen muss, robustes Maschinendesign, Wiederholgenauigkeit der Werkzeugmaschine, Reaktionsfähigkeit der Werkzeugmaschine, Stabilität der Umgebungstemperatur und stabiles Maschinenfundament sind.

Das Werk in Hawthorne von Northrop Grumman verwendet zwei Portal-Cincinnati-Vertikal-CNC-Fräser mit 5 Achsen und einstellbarer CNC-Befestigung, um die Bau- und Einrichtungskosten für Hartwerkzeuge zu umgehen. Drei verstellbare Betten der neuen POGO Universal Holding Fixtures (UHFs) verkürzen die Rüstzeiten um etwa zwei Drittel beim Trimmen und Bohren von Löchern an mehr als 100 verschiedenen Rumpfhautteilen. Diese Systeme tragen wesentlich zur Beschleunigung ihrer Operationen bei und arbeiten neben den NC-Maschinen in ihrem Arsenal.

General Atomics war auch ein begeisterter Befürworter der CNC-Bearbeitung (neben vielen anderen Technologien) in ihrer Flugzeugentwicklung. Ihre Arbeit mit dem Predator-Flugzeug ist ein großartiges Beispiel. Es dient als Vollverbundflugzeug, das in einer ihrer Fertigungsstätten südlich von Rancho Bernardo, Kalifornien, unter Verwendung von hauptsächlich Kohlenstoff-/Epoxid-Prepregs aufgebaut und in einem Autoklaven ausgehärtet wird. Die Prepreg-Materialien werden auf einer computergesteuerten Schneide- und Kitting-Maschine geschnitten und das Kernschneiden erfolgt auf einer 5-Achsen-CNC-Schneidemaschine.

Waffenentwicklung

Bereits im Golfkrieg wurden 4-Achsen-CNC-Maschinen zur Entwicklung von Tomahawk-Raketen eingesetzt. Dieser Trend hat sich mit fortschreitender Technologie nur noch vertieft und Maschinen mit mehreren Achsen mit großen Arbeitsbereichen und Volumina eingeführt, die die Haut einer Rakete in einem Arbeitsablauf erstellen können. Abgesehen von der Präzision benötigen solche Systeme viel Drehmoment, um zähere Materialien zu fräsen. Unnötig zu erwähnen, dass Raketen wie die Tomahawk große, robuste Systeme erfordern, die auch mit einigen ziemlich starken Materialien arbeiten müssen, da diese Waffen oft Schiffsreisen und sogar U-Boot-Bedingungen standhalten müssen.

Um diese zu entwickeln, verwendet Raytheon einen sechsachsigen FANUC-Roboter. Auf diese Weise kann eine einzelne Abteilung den gesamten 20-Fuß-Marschflugkörper selbst herstellen, wobei der Roboter den größten Teil der schweren Arbeit übernimmt. Wie man sich vorstellen kann, ist dies eine gefährliche Aufgabe, daher ist es für das Unternehmen von großem Vorteil, möglichst wenig Handarbeit zu haben. Der Einsatz von Robotermontagen ist daher nicht nur günstiger, schneller und genauer, sondern auch aktiv sicherer.

Kleine Komponenten für Flugkörper und Fahrzeuge werden ständig unter Verwendung von Mehrachsen-Bearbeitungstechnologien entwickelt. Hubschrauberkomponenten wie rotierende und stationäre Taumelscheiben, Haupt- und Heckrotornaben und Hauptrotorhülsen werden beispielsweise alle mit CNC-Maschinen in den Einrichtungen von Sikorsky entwickelt.

Sogar Fahrzeuge wie der Hummer H2 verwenden mehrere Komponenten, die gefräst werden. Ein gutes Beispiel ist der Frontgrill aus Aluminium und hochverträglichen Stählen. Diese lassen sich dank der einzigartigen Vorteile der CNC-Bearbeitung viel schneller herstellen und montieren.

Erkennungssysteme und Radartechnik

Erkennungssysteme und Kommunikationsgeräte sind für Verteidigungs- und Militäreinrichtungen immer notwendig. Ihre Bereitstellung und Wartung ist daher seit jeher Aufgabe modernster Fertigungstechnologien. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem sich die CNC-Bearbeitung auszeichnen kann, wenn sie als Bollwerk für die operativen Bedürfnisse des Militärs eingesetzt wird.

Die Entwicklung von Radomen und Radarschüsseln erfordert einzigartig aufwändige Formen und feine Oberflächen. Damit sie sehr kleine Signale aufnehmen können, die man für Waffenerkennungssysteme braucht. Dies bedeutet oft, dass die CNC-bearbeiteten Komponenten glatt und präzise auf die richtige Weise gekrümmt sein müssen.

Auch abseits dieser Erkennungssysteme werden deren Gehäuse bearbeitet und gefräst. Eine hohe Ausdauer ist besonders wichtig, da sie oft Teil von Militärfahrzeugen sind, die entweder mit hohen Geschwindigkeiten fahren oder einem hohen Maß an Verschleiß standhalten müssen. Radargeräte können aus mehreren Metallen und Legierungen bestehen, daher muss jede CNC-Maschine, die diese handhabt, ein hohes Maß an Vielseitigkeit mitbringen.