Fortschrittliche Nockenwellen-Bearbeitungstechniken für Spitzenleistung

Vom Design zum fertigen Rohling in Rekordzeit

Als ich Billy Godbold (Engineering Group Leader, Comp Cams) erstmals sprach, beobachtete er ein Profi-Drag-Racing-Team beim Test einer kundenspezifischen Nockenwelle. Einen Monat zuvor hatte Comp Cams gerade mit Material- und Geometrieüberlegungen begonnen. Der schnelle Weg vom Design zum fertigen Nockenwellen-Rohling (billet camshaft core) wäre früher unmöglich gewesen, als die Hochleistungs-Rennnockenwellen extern gefertigt wurden.

Heute fertigt Comp Cams kleine Losgrößen von Rennnockenwellen-Rohlingen auf einem Zwillingspindel/Zwillingsrevolver-Drehzentrum von Okuma. (Rohlinge = primäre Features bearbeitet, aber noch Härten & Schleifen nötig). Inhouse-Fertigung verkürzte Durchlaufzeiten drastisch: nicht mehr Wochen/Monate Wartezeit, jetzt bis zu 12 M4-Pulvermetall-Werkzeugstahl-Rohlinge pro 8-Stunden-Schicht.

Herausforderung: Traditionell Schleifen, nicht Drehen

Comp Cams’ Kernkompetenz lag im Schleifen, nicht im Drehen. Bei Entscheidung für den 7-Achs-Multifunktionsdrehautomat 2008 verließ man sich stark auf Expertise der Maschinenlieferanten für effektiven Zerspanprozess. Diese Partnerschaft besteht bis heute zur Zykluszeitminimierung.

Der Weg zur Entscheidung: Twin-Spindle/Twin-Turret

Ursprünglich war ein „konventioneller“ Zellenaufbau geplant (Säge, Drehmaschinen für Stirnseiten/Zentrieren/Nutlayout, Fräsmaschinen für Stirnseiten-Details & Nutenprofile – viele Setups). Nach Gespräch mit Larry Schwartz (damals Okuma America Präsident) entschied man sich für Twin-Spindle/Twin-Turret: Stange zwischen Spindeln gespannt/teilweise darin → komplette Bearbeitung in einer Aufspannung, simultane Operationen möglich.

Gewählte Maschine: Okuma LT300-MY. Hauptmechanische Änderung: Vergrößerung der Spannzangenhülsen in Haupt- und Gegenspindel für 70 mm Nockenwellenjournale. Hohe Steifigkeit + 30 PS pro Spindel → problemlose Bearbeitung von M4 Pulvermetall (30 HRC).

Probe-Bearbeitung & Programmstruktur

Vor Auslieferung: „sehr schwierige“ 70 mm NHRA Pro Stock Nockenwelle (9 Journale) an Okuma zur Erprobung. Kevin Kraieski (Okuma Applikationsingenieur) erstellte Initialprogramme mit variablen Subroutinen für Standardoperationen (Nuten zwischen Nocken, Nutenfräsen, Bohren/Gewindeschneiden Lochbilder) → einfache Umprogrammierung für beliebige Nockenwellendesigns.

Herausforderungen: Oberflächengüte in Nuten & Nutenfräsgeschwindigkeit. Tim Whitmore (Iscar OEM-Projektmanager) löste Werkzeugprobleme. Bei Auslieferung: 75 min pro M4-Rohling. Heute: 35–45 min.

Frühe Hürden & Lösungen

• Spannprobleme bei 5-Journal-Nockenwellen: Originale Gegenspindelfutterbacken zu kurz für 2-Journal-Spannung. Lösung: 6″ (150 mm) lange Backen.
• Werkstückrutschen in Backen: Wolfram-Legierungs-Beschichtung (Carbonite Metal Coatings) per Elektrofusion auf Greiffläche → metallurgische Bindung, praktisch kein lineares/winkelhaftes Rutschen mehr.
• P-Codes für Revolversynchronisation: P-Codes verhindern Interferenz & ermöglichen simultane identische Operationen. Beispiel: Oberer Revolver P10, unterer P20 → oberer wartet bis höherer P-Wert. Gleicher P-Code → simultan. Bei gerader Nutenzahl simultanes Drehen/Nuten mit beiden Revolvern (30 % schnellerer Spanabtrag durch balancierten Werkzeugdruck). Nutenbearbeitung von Mitte nach außen → starrer Halt, kein Ausweichen an schwachen Stellen.

Standardisierung als Erfolgsfaktor

Jeder Revolver: 12 Stationen (gesamt 24). Ca. 2/3 selten geändert. Mehrere Stationen gespiegelt für simultane Bearbeitung. Je Revolver 3 Nutwerkzeuge (2 Schruppen, 1 Schlichten – burr-frei, Toleranz <0,010″ auf 24″ Länge). Oberer Revolver: 2 vertikale Schaftfräser (versch. Ø) für Nutenfräsen mit Y-Achse. 5 horizontale Live-Stationen (Bohren, Gewindeschneiden, Reiben) oft unverändert. Unterer Revolver: Zentrierbohrer für Vorder-/Rückseite, horizontale Live-Stationen für Entlüftungslöcher, 2 diverse Stationen (Mehrzweck-Bohr-/Bohrwerkzeug, großer Wendeschneidplattenbohrer für Rückseite).

Exsys/Eppinger Preci-Flex ER32 Schnellwechseladapter für Live-Tooling: Je Adapter Bohrwerkzeug, Gewindebohrer oder Fräser. Einmal einrichten (abmessen), im Produktionslauf per Programmstopp Werkzeug in <1 min tauschen ohne Neuabmessen. Standardkühlmittel: Castrol Syntilo 9918 (synthetisch) für Drehen & Schleifen – konsistente Performance. Geplant: 8.000 Gal Zentralkühlmittelanlage mit Papierfilter.

Standardisierung reduziert Rüstzeiten für neue Jobs von einem Tag auf wenige Stunden. Enge Zusammenarbeit mit Iscar-Vertreter Rex Luxmore (proaktive Werkzeugupdates) – z. B. neue Beschichtung bei Nutwerkzeugen → 30–50 % Standzeitverbesserung. Kritisch bei M4 Pulvermetall (unverzeihend, schnell werkzeugverfestigend bei zu langsamer/leichter Schnittführung).

Rat für ähnliche Unternehmen

Comp Cams Ziel: führender Entwickler innovativer Ventiltriebkomponenten. Drehen als Mittel zum Zweck. Godbold: Eigene Fertigungsgrenzen erkennen, bevor man komplexe Maschine wie LT-300MY für Produktion nutzt. Zeit investieren, Maschine kennenzulernen. Scooter Brothers (Eigentümer/SEMA-Vorsitzender): Solange im ersten halben Jahr effektiver, nach einem Jahr „Halbgas-Produktion“ → nicht entmutigen.

Godbold: Beweist, dass Shop mit nur konventioneller Dreh-/Fräs-Erfahrung komplexe Multifunktionsmaschine erfolgreich integrieren kann – ohne herausragende Zerspanungs-/Programmierkompetenz. Erfordert: Feste Beziehungen zu Lieferanten, die Ziele unterstützen. Vertrauenswürdige Partner sind alles.