Vermeidung und Management von Kollisionen an 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen

Eine Kollision an einer CNC-Werkzeugmaschine wie einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum mag nicht so dramatisch sein wie ein Verkehrsunfall. Dennoch kann sie für Ihre Fertigungsproduktivität verheerende Folgen haben und die Reparatur ist äußerst kostspielig.

Was können Sie also tun, wenn es Ihr 5-Achs-Bearbeitungszentrum trifft? Welche Schritte lassen sich unternehmen, um Maschinenkollisionen zu minimieren und die Betriebsbereitschaft schnell wiederherzustellen? In diesem Artikel erfahren Sie:

• Ursachen von CNC-Maschinenkollisionen
• Auswirkungen von Kollisionen auf 3-Achs-Vertikalbearbeitungszentren
• Auswirkungen von Kollisionen auf 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen
• Neukalibrierung von 5-Achs-Maschinen
• Reparatur von 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen
• Einsatz von Kalibriersystemen zur Kollisionsvermeidung

Ursachen von Kollisionen an 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen

5-Achs-Bearbeitungszentren gibt es in vielen Varianten und Konfigurationen mit zahlreichen beweglichen Teilen. Die Ursache für Kollisionen liegt jedoch häufig in menschlichen Fehlern und nicht in Maschinenfehlern.

Dies sind die häufigsten Ursachen:

• Falsches Werkzeug im Werkzeugwechsler (ATC) eingelegt
• Falsche Werkzeuglänge beim Wechsel oder Neueinrichten eingegeben
• Falscher Vorschub eingestellt (meist zu hoch für die Aufgabe)
• Falsches Werkzeug für den Job gewählt
• Werkstück falsch eingespannt
• Falscher Nullpunkt gesetzt
• Fehler in der CNC-Programmierung
• Mangelhafte Wartung der CNC-Maschine

Um diese und andere häufige CNC-Maschinenprobleme zu minimieren, sollten Sie sicherstellen, dass Ihre Maschinenbediener und Programmierer ausreichend geschult sind. Dies ist auch wichtig, um Verletzungen der Bediener zu vermeiden.

Ihre Maschinenbediener und Programmierer sollten zudem aufmerksam und erfahren im Troubleshooting von Kollisionen sein. Daher wird sorgfältiges Testen vor Produktionsbeginn dringend empfohlen.

Unterschied zwischen Kollisionen an 3-Achs- und 5-Achs-Maschinen

Bevor wir uns den 5-Achs-Kollisionen widmen, müssen Sie wissen: Es gibt einen großen Unterschied zwischen einer Kollision an einer 3-Achs-Vertikalmaschine und einer 5-Achs-Maschine.

Warum ist das so?

Bei einem 3-Achs-Vertikalbearbeitungszentrum erfolgt eine Kollision normalerweise in der Vertikalachse (Z-Achse). Der Aufprall wirkt senkrecht nach unten und betrifft hauptsächlich die Spindel – insbesondere die erste Reihe der Spindellager, die die Hauptkraft eines solchen Aufpralls aufnehmen.

Falls die Spindel nicht beschädigt ist (Glück gehabt!), sollten Sie die Z-Achsen-Ausrichtung und den Spindellauf prüfen, besonders wenn bei höheren Drehzahlen vermehrte Geräusche auftreten. Möglicherweise müssen Sie den Spindelkopf oder den Rahmen neu ausrichten, wenn beide Einstellungen ihre ursprünglichen Toleranzen verlassen haben.

Unabhängig von der Aufprallrichtung – ob vertikal oder seitlich – müssen Sie den Spindelkopf neu ausrichten. Bei vertikalem Aufprall sind X- und Y-Achse meist nicht betroffen. Bei schweren Kollisionen können jedoch auch diese Achsen aus ihren ursprünglichen Toleranzen laufen.

Die Komplikationen bei einer 5-Achs-CNC-Maschinenkollision

Tritt das gleiche Aufprallszenario an einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum auf, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass mehr als eine Achse justiert werden muss.

Bei einer Maschine mit eingebautem 2-Achs-Drehtisch wirkt ein senkrechter Z-Aufprall nicht nur auf die ursprüngliche Z-Achse, sondern auch auf die beiden Drehachsen C und B. Dies gilt besonders, wenn die Drehachse zum Zeitpunkt des Aufpralls in einem bestimmten Winkel positioniert ist.

Bei schwereren Aufprallen können sogar die Y- und X-Achsen betroffen sein. Dies erfordert einen deutlich größeren Instandsetzungsaufwand.

Maschinenneukalibrierung nach 5-Achs-Bearbeitungszentrum-Kollision

Eine Neukalibrierung ist oft die Mindestmaßnahme, um sicherzustellen, dass alle 5 Achsen nach dem Vorfall perfekt zueinander ausgerichtet sind. Dies reduziert auch die Möglichkeit von Fehlausrichtungen, besonders bei höheren Toleranzen, während der Teilebearbeitung in der Produktion.

Eine einfache Kalibrierung reicht nach einer Kollision jedoch oft nicht aus. Besser ist es, wenn der Bediener zunächst alle geometrischen Abmessungen prüft, bevor die Maschine kalibriert wird.

Reparatur einer 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschine nach Kollision

Reparaturen an 5-Achs-Bearbeitungszentren dauern länger. Die Reparaturkosten sind höher, da jede Achse sorgfältig neu ausgerichtet und korrekt eingestellt werden muss. Solche Arbeiten erfordern erfahrene Ingenieure mit hochpräzisen Werkzeugen.

Es wird dringend empfohlen, dass solche Arbeiten von einem gut ausgebildeten Werksingenieur durchgeführt werden, der die Feinheiten der Maschine kennt und weiß, wie man sie richtig einstellt.

In unserer Erfahrung haben wir Kunden gesehen, die versuchten, Kosten zu sparen, indem sie unerfahrene Ingenieure mit der Reparatur beauftragten. Das Ergebnis war oft eine mangelhafte Reparatur, die zu weiteren Problemen führte. Langfristig zahlen sie mehr, wenn sie versuchen, Kosten zu kürzen.

Management von 5-Achs-Bearbeitungszentrum-Kollisionen durch Kalibrierung

Um 5-Achs-Bearbeitungszentrum-Kollisionen zu minimieren, empfiehlt Hwacheon, das HRCC II System bei jedem neu gekauften 5-Achs-Bearbeitungszentrum einzusetzen. HRCC II steht für: Hwacheon Rotation Centre Calibration System, das nicht nur die Drehachse kalibriert, sondern auch die Ebenheit des Tisches relativ zur Achse und die linearen Winkel.

Das System umfasst eine hochpräzise drahtlose Messsonde (entweder Blum oder Renishaw), eine Referenzkugel aus Stahl oder Keramik mit Montagehalterung sowie eine speziell entwickelte Software zur Steuerung.

Die Anwendung ist einfach – der komplette Zyklus dauert nur 45–60 Sekunden.

Hinweis: Wir empfehlen, den Kalibrierzyklus einmal monatlich oder vor jeder Produktion hochpräziser Teile durchzuführen. Dies minimiert temperaturbedingte Abweichungen und stellt sicher, dass Ihre Maschinenpräzision optimal bleibt.

Umgang mit Messeinrichtungen an einer 5-Achs-Maschine

Bei Maschinen mit AWC-System (Automatic Workpiece Changer) können solche Mess- und Kalibriereinrichtungen auf einer einzelnen Palette oder einem Werkstückaufnahmehalter montiert werden. Sie können beliebig oft verwendet werden.

Die drahtlose Messsonde wird im ATC (Automatic Tool Changer Magazine) der Maschine aufbewahrt, bis sie zum Einsatz gerufen wird. Gleichzeitig kann die Messsonde für Werkstückreferenzierung oder das Messen spezifischer Bereiche des Teils eingesetzt werden.

Fazit

Unabhängig davon, wie schwer oder in welcher Richtung Ihre Maschinenkollision auftritt (vertikal oder seitlich), empfehlen wir dringend, Ihre lokale Niederlassung oder die Service-Hotline Ihres Maschinenherstellers zu kontaktieren.

Anwender von 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren müssen Kollisionen nicht fürchten, solange sie der Wartung besondere Sorgfalt widmen. Wenn dies gut gelingt, eröffnen 5-Achs-Bearbeitungszentren deutlich erweiterte Fertigungsmöglichkeiten und steigern die Fertigungseffektivität und den Unternehmenserfolg Ihres Unternehmens.