Multi-Spindel-CNC-Bearbeitung auf neuem Niveau: Fortschrittliche Operationen & Präzision

CNC-Technologie hat die Bearbeitung auf Mehrspindelmaschinen radikal verändert. Bewegungen der Werkzeughalter und -schlitten an jeder Indexierstation werden von CNC-Servomotoren unter Programmsteuerung ausgeführt – nicht mehr durch mechanische Nocken. An jeder Station sind Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Wälzfräsen zusätzlich zu allen Drehoperationen möglich. Vielfältige Teile lassen sich in einem Durchlauf fertigstellen. Rüsten und Umrüsten werden stark vereinfacht, da Werkzeugbewegungen neu programmiert statt durch neue Nockensätze geändert werden.

Innovationen der TMZ-Linie von Mori-Say (ZPS America)

Versprechen, CNC auf Mehrspindelmaschinen auf ein neues Level zu heben. Eine Entwicklung: Neues Antriebssystem, das die C-Achsen-Drehzahl jeder Spindel unabhängig programmierbar macht. Ermöglicht Optimierung der Spindeldrehzahlen für spezifische Bearbeitungen. CNC-Operationen werden flexibler, effizienter, Rüsten/Umrüsten weiter vereinfacht. Wichtiger: Neue Teileklassen können nun effizient und wirtschaftlich auf Mehrspindeln gefertigt werden – Teile, die sonst auf Drehfräsmaschinen oder Mehrmaschinenzellen laufen. Komplexe Teile mit vielfältigen hochpräzisen Dreh- und Nicht-Dreh-Schritten in einem Durchlauf, ohne dass Grossserien nötig sind.

Zwei Modelle der neuen Generation

Mori-Say TMZ642 (6 Spindeln) – Nordamerika-Premiere IMTS 2008 Chicago.
Mori-Say TMZ867 (8 Spindeln, grössere Teile, schwerere Schnitte) – Premiere PMTS 2009 Columbus, Ohio.

Neuartiges Antriebskonzept

Laut Olaf Tessarzyk (Geschäftsführer ZPS America) unterscheidet dieser Antrieb die Maschinen von anderen Mehrspindel-Konstruktionen. Ein Composite-Antriebswelle treibt alle Spindeln im rotierenden Kopf an, doch jede Spindel kann mit unterschiedlicher Drehzahl laufen (2.000–6.000 min⁻¹). Der Anwender wählt die optimale Drehzahl für die Operationen an jeder Station – keine Kompromisse bei Werkzeugleistung, Oberflächenqualität oder Zykluszeit durch einzelne Drehzahl für alle Spindeln (konventionelle Mehrspindeln).

Technische Umsetzung: Teleskoprohre

Die „Welle“ ist eine Anordnung teleskopierender Rohre – eines pro Spindel. Ungleiche Längen: innerstes am längsten, äusserstes am kürzesten. Auf der Motoren-Seite ermöglicht der Längenunterschied Anbringung von Riemenscheiben, Riemen, Getrieben jedes Antriebs ohne Interferenz mit dem nächsten Rohr. Jedes Rohr koppelt an eigenen Servoantrieb. Auf der Bearbeitungsseite ebenfalls „gestuft“ – Getriebe am Ende jedes Rohrs überträgt Drehbewegung auf seine Spindel. Lager im Rohrverbund ermöglichen Reibungsarmes Drehen aller Rohre.

Technische Vorteile

Wärme der Antriebsmotoren bleibt fern vom Spindelkopf – thermische Stabilität ohne aufwendige Kühlung. Spindeln bleiben stets mit ihren Antriebsmotoren gekuppelt – keine komplexen Stromkontakte, die bei jedem Indexieren getrennt/wieder verbunden werden müssen. Der Kopf muss nicht „zurückwickeln“ in Home-Position, um Leistungskabel im Inneren nicht aufzuwickeln. Die Köpfe der neuen Modelle können in beide Richtungen drehen.

Unbekannte Marke mit Geschichte

Mori-Say, ZPS-America, TAJMAC Group in den USA weitgehend unbekannt. TAJMAC (sprich: TIE-mack) – multinationale Maschinenbau-, Vertriebs- und Beschaffungsgruppe, Hauptsitz bei Mailand, Italien. Gegründet nach WWII von Amedeo Tajariol. Sohn Andrea führt Management, Enkel Michele leitet TAJMAC-ZPS Werk in Tschechien.

ZPS (tschechisches Akronym für „Präzisionsmaschinenwerke“) – Hauptfertigungsstätte der TAJMAC-Gruppe, nahe Zlin, Mitte Tschechiens. Jahrelang Fertigung diverser Werkzeugmaschinen für Private Label bekannter US- und japanischer Marken. Viele US-Kunden kennen diese Maschinen wahrscheinlich unter anderem Namen.

ZPS Geschichte bis frühe 1900er. CNC-Fertigung seit 1980ern. Nach Eisernem Vorhang Eigentümerwechsel. TAJMAC übernahm 2000. Teil des ZPS-Komplexes: eine der modernsten Gießereien Europas – produziert Gussteile für Mehrspindeln, andere ZPS-Modelle, viele externe Maschinenbauer. Entscheidender Vorteil: Gießerei beherrscht komplexe Maschinenbett-Güsse zuverlässig und wirtschaftlich.

Zentrumsblock-Guss: Schlüssel zu Präzision

Das Design des Zentrumsblocks, entscheidend für Steifigkeit und Präzision der Gesamtstruktur, erfordert einen komplexen Guss, den wenige Gießereien zuverlässig beherrschen (Michele Tajariol). Dieser Guss erlaubt Montage von Kopf, Zentrumsblock und Koppkupplung in Konfiguration, die den Kopf unter Last einlaufen lässt (Gänge/Lager einfahren). Erst danach Endbearbeitung als integrale Baugruppe – inkl. finale Spindelbohrungen in grosser, hochpräziser Jig-Bohrmaschine bei positioniertem Kopf mit Hirth-Kupplung im Guss. Ergebnis: fast perfekte Zentrierung der Spindeln – hochpräzise Positionierung beim Indexieren, ermöglicht hochpräzise Bearbeitung komplexer Werkstücke.

Markteintritt USA

ZPS fertigt Mehrspindeln seit 1950ern. Geplanter US-Markteintritt vor ~20 Jahren scheiterte. TAJMAC-ZPS belebt Pläne neu. ZPS-America (gegründet Mitte 2000) baute Technical Center Indianapolis (Showroom, Training, Ersatzteile, Service) – Eröffnung 2008.

Denkverändernde Maschinen

Tessarzyk glaubt: Mehrspindeln mit erweiterten CNC-Fähigkeiten werden Umdenken auslösen – müssen aber kostengünstig und zuverlässig sein. Schnelle Anpassung an neue Ideen verschafft Vorsprung. Die neuen Mori-Say-Maschinen fordern Betriebe erneut heraus, neue Möglichkeiten effizienter Teilefertigung zu durchdenken.

Zielgruppen: 1. Aktuelle Mehrspindelnutzer – Herausforderung: verstehen, wie teile mit vielen Nicht-Dreh-Operationen in einem Setup fertigbar sind. 2. Fertigungsbetriebe, die solche Werkstücke auf Mehrmaschinenzellen, Drehfräsmaschinen oder Drehtransfermaschinen fertigen – Herausforderung: Mehrspindelmaschine überhaupt in Betracht zu ziehen. Bisher übersehen, da Rüsten als kompliziert/zeitaufwändig gilt. Konventionelles Denken: Mehrspindeln nur für Grossserien Drehteile.

Neue Strategien in der Praxis

Trafimet (Italien, Schweisszubehör): Verschiebung von mechanischen Mehrspindeln und High-End-Drehfräsmaschinen. 2006 stark gestiegene Nachfrage nach Stromanschluss-Steckern. ZPS-Mehrspindeln im Haus – TMZ642 (gerade in Europa eingeführt) erschien passend für vielfältiges Produktmix bei 10.000–50.000 Stücken Losgrösse. „TAJMAC half uns, anders über Prozesse zu denken – bessere Ergebnisse“, Ugo Simioni (Industrieingenieur). Unabhängige Spindeln ermöglichen viele Bearbeitungsarten inkl. Spindelstopp und unabhängig orientierter C-Achse. „Macht die Maschine zu einem echten, kompletten Dreh- und Fräszentrum.“

„In harten Zeiten können wir Produkte auf TMZ verlagern, kleinere Losgrössen fahren, Zykluszeiten reduzieren“, so Simioni. Ein Teil: früher 1 Min Zyklus auf Ein-Spindel-Drehfräsmaschine. Mit Planung: wirtschaftlich in 5.000er Losen – 12 s Zyklus – 3 Rüstvorgänge/Woche. 15 s Zyklus würde 10.000–20.000 wirtschaftlich erlauben. „Unabhängige Spindeln, fortschrittlicher Antrieb, Extra-Achsen machen Maschine extrem vielseitig – neue Wege zur Kostensenkung.“

BRB (bei Bergamo, Italien): Traditioneller Schraubenmachbetrieb wandelt zu komplexen Hochpräzisionsteilen aus schwer zerspanbaren Materialien. Erstes TMZ642 Sept. 2008. Ermöglicht Aufträge für komplexe Hydraulikhülse in Edelstahl: mehrere kleine Querspaltbohrungen in verschiedenen Winkeln zur Mittellinie – enge Toleranzen erfordern Steifigkeit. Kritisch: Jede Spindel spannt Werkstück sicher für hohes Drehmoment bei Edelstahl. Beispiel: 3-Schneiden-Fräser formt Nuten an einem Ende – sonst Kreissägeblatt, aber keines bewältigt Edelstahl bei nötigen Schnittgeschwindigkeiten. Zykluszeiten so kurz, dass spezielle Messstation für ausreichendes Teilesampling und hohe Cpk-Werte entwickelt wurde. BRB sieht Zukunft in solchen Teilen – kann hochkompetitiv sein gegen Betriebe, die solche Teile auf CNC-Drehmaschinen fertigen.

Historische Chance

Steigende Produktionskosten im Ausland machen Rückverlagerung attraktiv. Käufer suchen heimische Produzenten, die neue Technologie, einfachere Logistik, niedrigere Transportkosten, bessere Kommunikation nutzen – aber nahe am „China-Preis“ bleiben müssen.

Tessarzyk sieht bemerkenswerte Chance für schnelle Anwender neuer Bearbeitungsentwicklungen. Strategien nutzen Flexibilität/Fähigkeit seiner Mehrspindeln – nur ein Beispiel für Technologiewandel, der Denkwandel erfordert. Schraubenmachbetriebe müssen zu CNC-Fertigung in Kleinserien mit kurzer Durchlaufzeit werden. CNC-Betriebe müssen von einfachen Maschinen mit komplexen Schnittmanövern zu komplexen Maschinen wechseln, die das Maximum aus einfachen Bewegungen holen.

Acht-Spindel-Modell für grosse, harte Teile

Mori-Say TMZ867 Nordamerika-Premiere PMTS (28.–30.4.2009). Ein Modell im TAJMAC-ZPS Showroom Mailand für Demos/Kundenteile. Kürzlich getestetes Teil exemplarisch: Edelstahl-Lenksäulenkomponente. Hoher Ni/Cr-Gehalt erfordert hohes Spindeldrehmoment. Früher auf Schwerlast-Schweizer Drehautomat (Schlittenstock): 60 s Zyklus. Auf Mehrspindel: 16 s. Beide in einem Durchlauf. Mehrspindel laut Tessarzyk so präzise wie Schweizer Automat.

Ungewöhnlich grosses Teil für Mehrspindel. TMZ867 nimmt Stangen bis 72 mm, offen als Chucker. Standard: 8 unabhängige AC-CNC-Horizontalspindeln; 8 unabhängige Compoundslides (X/Z); 8 unabhängige Werkzeughalter mit 8×12.000 min⁻¹ angetriebenen Werkzeugen; 5 Rückseitenwerkzeuge (3 angetrieben); presettbare VDI-Werkzeuge.

Antrieb wie TMZ642: Jede Spindel über Composite-Welle mit eigenem Motor in Kopf mit präziser Hirth-Kupplung. Kein Rückwärtsindexieren, kein Kuppeln/Entkuppeln, keine Kühlung des Kopfs für Motorenwärme.