CNC-Multis auf ein neues Level heben

Ein Besuch auf der EMO sollte ganz oben auf jeder Liste stehen, um die neuesten Entwicklungen in der Zerspanungstechnologie zu sehen. Es ist eine riesige Fertigungsmesse, die zuletzt im September 2017 in Hannover, Deutschland, stattfand. Für mehrspindlige Produktionsmaschinen war die Halle 17, die den mehrspindligen Werkzeugmaschinen gewidmet ist, ein Muss für alle Technikbegeisterten der Produktionszerspanung, einschließlich Journalisten aus aller Welt.

Ich nahm mir genügend Zeit, um diese riesige Halle zu erkunden, und machte einen Abstecher zum Schütte-Stand, wo auf der neuesten Ergänzung des Maschinenportfolios des Unternehmens, der AC10-36 multi, komplexe Rotationsdrehteile im Trockenschnitt hergestellt wurden. Die neue Maschine bietet acht Spindeln für mehr Produktivität bei Teilen bis 40 mm Durchmesser. Es fiel mir auf, nicht wegen seiner hohen Komplexität, sondern wegen der Geschwindigkeit, mit der es Teile produzierte. Innerhalb von drei Sekunden fiel das komplette Teil, einschließlich Vorder- und Rückseitenbearbeitung, aus der Maschine, fertig und bereit für den Versand an den Kunden.

Acht Spindeln machen es möglich. Der AC10-36 von Schütte bietet acht Spindeln und bis zu zwei Gegenspindeln für die Rückseitenbearbeitung. „Für die Rückseitenbearbeitung, die in der Produktion zum Engpass werden kann, wenn mehrere Arbeitsgänge nötig sind, um das Teil mit der Gegenspindel fertig zu stellen, bietet die AC10-36 zwei Gegenspindeln, die gleichzeitig zwei Werkstücke bearbeiten können“, erklärt Schütte-Marketingleiter Wilfried Rupp . „Wenn die Entscheidung lautet, doppelte Rückseitenbearbeitung zu fahren, haben wir die Lösung. Es stehen acht Kreuzschlittenpositionen zur Verfügung, jede mit der Möglichkeit, mehrere Werkzeuge zu haben. Zwei der acht Kreuzschlitten können für die Arbeit an den Hauptspindelpositionen oder die Gegenspindeln für die simultane Rückseitenbearbeitung gerüstet werden. Wenn die vorderen Arbeitsgänge abgeschlossen sind, greifen beide Gegenspindeln jeweils ein Teil von den Positionen sieben und acht und zwei Teile werden gleichzeitig fertiggestellt.

Und das ist das Geheimnis hinter der Zykluszeit von 3 Sekunden für das Teil, das auf dem Stand des Unternehmens vorgeführt wird. Nach mehreren Bearbeitungsvorgängen an den Hauptspindeln, darunter Drehen von Innen- und Außendurchmessern, Profildrehen, Nuten und Bohren, wird das Teil zur Rückseitenbearbeitung an die Gegenspindeln übergeben.

Hightech trifft auf traditionelles Design

Auch wenn die Achtspindler-Technologie nichts Neues ist – Schütte bietet bei seinen Mehrspindlern der G- und PC-Baureihe seit vielen Jahren acht Spindeln an. Die ACX-Maschine, die jetzt weltweit verfügbar ist, ist das Ergebnis der kontinuierlichen Weiterentwicklung der sechsspindligen, mehrspindligen CNC-Drehautomaten der Generation SCX des Unternehmens, die 2006 eingeführt wurden. Um mehr zu erfahren, besuchte ich die Schütte-Zentrale in Köln, Deutschland, um Erleben Sie die Maschine hautnah in der Produktion.

Das 1880 gegründete Familienunternehmen produziert seit 1937 Mehrspindeldrehautomaten. 1940 wird der erste Mehrspindelautomat mit unabhängig steuerbarem Längsschlitten – ein später als „Schütte Design“ bekannt gewordenes Prinzip – gebaut. Zum Schütte Design gehört eine geteilte Anordnung der Bearbeitungseinheiten für die Längs- und Querbearbeitung auf zwei Maschinenständern, erklärt unser Gastgeber Herr Rupp. Spindel und Antriebskopf sind auf einem verwindungs- und vibrationsfesten Maschinenbett aus Mineralgussverbund gelagert und durch einen robusten Längsträger verbunden. Dadurch entsteht ein geschlossener Rahmen, der eine optimale Kraftverteilung und eine hohe Steifigkeit garantiert. Diese Bauweise verleiht der Maschine eine hohe Stabilität, die sich nicht zuletzt in einer hohen Abtragsleistung widerspiegelt.

Ein weiteres Merkmal der Mehrspindelautomaten von Schütte ist der Schütte-Block. „Er verleiht unseren Längsschlitten eine hohe Genauigkeit und Langlebigkeit und ermöglicht anspruchsvolle Bohroperationen.“ Oft fragen Kunden, die mit unseren Maschinen nicht allzu vertraut sind, beispielsweise in China, warum sich das Unternehmen für dieses spezielle Design entschieden hat. Die Antwort ist, dass es sich um ein traditionelles, bewährtes Design handelt, das Schütte-Maschinen eine beispiellose Genauigkeit verleiht und von den Kunden sehr geschätzt wird, sagt Herr Rupp.

Im Laufe der Zeit spiegelte die industrielle Produktion den Bedarf an komplexeren Werkstücken in kleineren Chargen, kürzeren Lebenszyklen und einem wettbewerbsintensiven Umfeld wider. Diese Anforderungen haben das Unternehmen dazu veranlasst, die SCX-Serie von CNC-Mehrspindelmaschinen mit sechs Spindeln zu entwickeln. Bei der SCX-Maschinenserie wurde alles, was nicht direkt mit der Fertigung des Werkstücks zusammenhängt, aus dem Bearbeitungsbereich entfernt. Im Arbeitsbereich befinden sich keine Kühlmittel, Schmierleitungen oder Kabel zum Sammeln von Spänen. Darüber hinaus sind die Quer- und Längsschlitten mit Standard-Werkzeugeinheiten ausgestattet, die jeweils mehrere Werkzeuge aufnehmen können. Diese austauschbaren Einheiten können Einheiten zum Drehen, Bohren, Fräsen, Wälzfräsen, Kugel- und Polygondrehen oder die meisten anderen angetriebenen oder stationären Anforderungen umfassen.

Warum hat es 10 Jahre gedauert, bis eine achtspindlige Variante der erfolgreichen SCX-Serie des CNC-Mehrspindeldrehautomaten auf den Markt gebracht wurde? Herr Rupp erklärt dazu:„Eine achtspindlige Maschine ist viel komplexer als eine sechsspindlige Maschine. Bis zu 85 Achsen müssen Sie programmieren und steuern, was nur mit einer Dreifach-NCU der Siemens 840D Solution Line Serie möglich ist. Gleichzeitig müssen Sie dieselbe benutzerfreundliche Bedienoberfläche bieten, an die unsere Kunden gewöhnt sind.“

Die Konfiguration, Bedienung und Programmierung der CNC-ACX-Maschinen erfolgt mit Hilfe der von Schütte entwickelten Benutzeroberfläche SICS. Sie ist optimal auf den Funktionsumfang des Mehrspindelautomaten ACX abgestimmt. SICS stellt Bedienern für ihre Aufgaben die jeweils vordefinierten Eingabe- und Bedienmenüs zur Verfügung. Die Koordination und Verteilung der Daten an die einzelnen Leitsysteme und Kanäle laufen im Hintergrund und sind für den Benutzer nicht sichtbar.

Das Material wird der ACX-Maschine in der Regel als Stangenmaterial bis zu einem Durchmesser von 42 mm zugeführt. Alternativ zu Stangenmaterial ist eine automatisierte Zuführung von Rohlingen oder Halbzeugen über einzelne Zuführeinrichtungen möglich. Die Fertigteile verlassen die Maschine je nach Kundenwunsch über eine Rutsche, ein Auslaufband oder werden orientiert in Paletten abgelegt. Reinigungs- und Messstationen können entsprechend den jeweiligen Werkstückanforderungen konfiguriert und in das Fertigteilhandlingsystem integriert werden.

Der Acht-Spindel-Vorteil

Die ACX-Maschinen sind für die Komplettbearbeitung ausgelegt – Vorder- und Rückseite des Werkstücks werden in einem Arbeitsgang fertiggestellt. Von entscheidender Bedeutung sei das mögliche gleichzeitige Arbeiten von acht Hauptspindeln und bis zu zwei Gegenspindeln, erklärt Herr Rupp. Alle Spindeln sind mit flüssigkeitsgekühlten Direktantrieben ausgestattet – was die Wärmeausdehnung im Spindelträger gering hält – die unabhängig voneinander frei wählbare Spindeldrehzahlen ermöglichen. Mit einem Drehmoment von 85 Nm zeichnen sie sich durch besonders hohe Dynamik und Traktion aus.

Die Maschine kann als Achtspindler für komplizierte Teile mit umfangreicher Bearbeitung oder als Doppelvierspindler betrieben werden, wo sie tatsächlich als zwei Maschinen läuft, die gleichzeitig auf einer Plattform zusammenarbeiten. Jede Sekunde hat eine Werkzeugstation immer gleichzeitig Zugriff auf die gleichen Werkzeuge. Durch die doppelte Vierspindelbearbeitung produziert die Maschine pro Trommelumdrehung zwei Fertigteile. Bei der doppelten Rückseitenbearbeitung stehen acht Spindelplätze für die Stirnseitenbearbeitung des Werkstücks und zwei Spindelplätze für die Rückseitenbearbeitung zur Verfügung, die alle gleichzeitig arbeiten.

Weitere Produktivitätssteigerungen lassen sich mit optional erhältlichen Zusatzschlitten in den Positionen sieben und acht in Abstechposition erzielen. „Mit diesem Feature kann der Anwender bei der rückseitigen Werkstückbearbeitung sowohl eine zusätzliche Rückseitenbearbeitung als auch ein gleichzeitiges Vorabstechen eines Folgewerkstücks realisieren“, so Herr Rupp.

Bearbeitungseinheiten

Die Grundkonstruktion des AC10-36 folgt dem klassischen Konzept der kurvengesteuerten Automatik, bei der acht Spindeln in einer präzisionsgefertigten Spindeltrommel indexieren, die durch eine robuste Hirth-Kupplung wiederholgenau verriegelt wird. Die Kreuzschlitten für die Außenbearbeitung ermöglichen die Bearbeitung in der X-, Z- und Y-Achse auf den Positionen eins bis acht. Der Schlitten der X-Achse bewegt sich auf Linearführungen radial zur Spindelmitte. Die Z-Achsenbewegung verwendet ein hydrostatisches Pinolendesign, das sich parallel zur Spindelmittellinie bewegt und in einem Winkel von 90 Grad durch den X-Achsenträger verläuft. Beide Achsen werden elektromechanisch angetrieben. Mittels Interpolation ermöglichen diese eine X-Z-Konturbewegung an allen acht Stationen.

Die modularen Kreuzschlitten-Werkzeugrevolver können an jeder der acht Stationen ein oder mehrere Werkzeuge in den Schnitt bringen, wodurch die Anzahl der Werkzeuge, die an einer bestimmten Station verwendet werden können, potenziell vervielfacht wird. Diese Flexibilität ermöglicht die Durchführung mehrerer Operationen an einer einzigen Station oder bietet die Möglichkeit, redundante Tools für den unbeaufsichtigten Betrieb einzusetzen.

Jeder einzelne Kreuzschlitten kann auch die Y-Achsen-Bearbeitungsfähigkeit bereitstellen. Zusätzlich zu ihrer linearen Bewegung kann die Z-Achse schwenkbar angeordnet werden. Diese Bewegung ermöglicht es, ein zweites oder drittes Werkzeug oder mehr Werkzeuge auf dem Werkstück zu positionieren. Es ermöglicht auch das Y-Achsen-Fräsen durch Interpolation zwischen der linearen X-Achse und der rotierenden C-Achse.

Die Hirth-Kupplung wird verwendet, um unterschiedlich konfigurierte Revolverköpfe aufzunehmen, die Schneidwerkzeuge tragen, die für eine bestimmte Station verwendet werden. Wie bei der SCX-Serie beinhalten die ACX-Standardrevolver Vorrichtungen zum (außermittigen) Bohren, Tieflochbohren, Gewindeschneiden, Winkelbohren, Querbohren, Konturfräsen, Wälzfräsen und Mehrkantdrehen, Kugel- und Polygondrehen (Quer) sowie Querschlitten (Endbearbeitung) für angetriebene und stationäre Werkzeuge. Ganz wichtig:Alle Aggregate sind unabhängig voneinander in jeder Spindellage einsetzbar.

Durch die Standardverbindung kann jeder Revolver auf jedem Kreuzschlitten positioniert werden. Dieser modulare Aufbau eignet sich sowohl für stationäre als auch für angetriebene Werkzeuge. Bei angetriebenen Werkzeugen ist ein integrierter Motor in der Pinole der Z-Achse montiert und erzeugt 8.500 U/min. Kühlmittelleitungen werden ebenfalls durch die Pinole geführt, wodurch der Arbeitsbereich frei bleibt. Durch das Werkzeug stehen Kühlmittel bis 100 bar zur Verfügung.

Die Quer- und Längsschlittenrevolver verwenden HSK- oder Capto-Meißelhalter für solide Spannung und schnelles Wechseln. Standardisierte und genaue Schnittstellen für Schneidwerkzeuge fördern die Verwendung von Offline-Werkzeugvoreinstellgeräten, um den Werkzeugwechsel in der Maschine zu beschleunigen.

Frei zugänglicher Bearbeitungsbereich

Um die Umstellung zu ermöglichen, wurde alles, was nicht direkt mit der Bearbeitung von Teilen zusammenhängt, aus dem Arbeitsbereich der Maschine entfernt. Der umschlossene Schneidbereich enthält keine Antriebskomponenten oder Führungsbahnen, Schmier- oder Kühlmittelleitungen oder Verkabelungen. Es ist eine saubere Arbeitszone, die den Zugang zum schnellen Werkzeugwechsel erleichtert und eine gute Spanabfuhr ermöglicht. Der offene und saubere Arbeitsbereich gibt dem Benutzer auch die Freiheit, verschiedene Bearbeitungskonfigurationen hinzuzufügen oder zu entfernen.

„Bei Spänestau gibt es keine Behinderungen im Bereich der Materialabfuhr durch Schieber, Antriebsaufsätze, Kabel oder Leitungen“, erklärt Herr Rupp. „Die Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung von Kabeln oder Schläuchen durch heiße Späne oder beim Einrichten der Maschine besteht nicht mehr. Auch Spänenester gehören der Vergangenheit an. Das verbessert die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Anbaugeräte deutlich und reduziert die unproduktiven Zeiten zum Entfernen von Spänen und Spänenestern erheblich. Dies ist für viele Betriebe von unschätzbarem Wert, denn nur wenn das Problem des Späneaustrags gelöst ist, kann ein zuverlässiger automatischer Betrieb erreicht werden. Und das alles in dem Wissen, dass zunehmend schwer zerspanbare Werkstoffe zum Einsatz kommen. Das ist nicht nur hinsichtlich der Maschinenleistung eine echte Herausforderung, sondern auch hinsichtlich der oft langen und damit schwer abzuführenden Späne. Die Anordnung von Antriebs- und Führungssystemen außerhalb des Arbeitsraums verhindert zudem wirkungsvoll eine Verschmutzung dieser kritischen Elemente und beseitigt somit die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes.“

Die ACX-Serie von Schütte steht für den weltweiten Vertrieb zur Verfügung. Das Acht-Spindel-Design erfüllt die Anforderungen einer flexiblen Produktion mit geringerem Volumen und höherem Produktmix, die zunehmend in Metallbearbeitungsbetrieben zu finden ist. Darüber hinaus erfüllt die Achtspindel auch die Anforderungen für die Massenproduktion, indem sie ihre zusätzlichen Bearbeitungsmöglichkeiten für komplexe Teile nutzt.