Modernisierung von Fräsmaschinen: State-of-the-Art CNC-Nachrüstung für Spitzenleistung

1987 kaufte Century Tool and Gage Co. (Fenton, Michigan) seine erste Heyligenstaedt-Vertikalfräsmaschine mit dem ersten in Nordamerika verfügbaren Fidia-CNC-System. Mickey Guckian, Fertigungsleiter Programmierung, war damals dabei. „Ich erinnere mich an den Kauf der ersten Fidia-Steuerung. Sie war an einer zweispindligen Heyligenstaedt-Vertikalfräse installiert. Ich bediente die Maschine damals“, sagt er. „Die neue Steuerung hatte duale 8-Zoll-Diskettenlaufwerke – damals einzigartig – und gab uns die Möglichkeit, die Vorschubgeschwindigkeit für die komplexen Fräsroutinen, die wir für große Pressformen liefen, erheblich zu verbessern.“

Century Tool wurde 1974 gegründet und wuchs beständig. Laut Vizepräsident Kevin Cummings liegt dies teils an der Ausweitung der Fertigung von Verbundpressformen für Sheet Molding Compound (SMC), Reaction Injection Molding (RIM) und Urethan-Teile für diverse Transportsektoren. Das Unternehmen spezialisiert sich auf pressgeformte Außenverkleidungen der Klasse A und Verstärkungspanels für Lkw- und Trim-Anwendungen. Auch 75 % der Außenkarosserieformen werden hier gefertigt. „Wir sind ein großer Formen- und Sekundärwerkzeughersteller für Automobil, Schwerlastfahrzeuge, Luftfahrt und Wasserfahrzeuge“, so Cummings. Mit dem Wachstum kam der Umzug in eine neue 125.000 sq ft Halle für 60-Tonnen-Maschinenblöcke bis 100 Zoll Breite und 300 Zoll Länge. Ausgestattet mit vier 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren, sieben Schwerlast-Vertikal- und Horizontalmaschinen, drei Mehrspindel-Säulenfahrbohrwerken, 29 CAD/CAM-Arbeitsplätzen und einer Try-out-Presse mit 500, 600, 1.500 und 3.000 Tonnen Kapazität.

„Bevor Fidia vollständige 5-Achs-Fräsmaschinen baute, entwickelte es CNC-Steuerungen“, sagt Guckian. „Dr. Giuseppe Morfino, Fidia CEO, war der junge Steuerungsingenieur, der alles begann, und bleibt der Leitende Einfluss im CNC-Maschinensteuerungsdesign, das Century Tool zu einem Fertigungs- und Produktionserfolg machte. Alle unsere Fräsmaschinen sind CNC-programmierbar und nutzen Fidia-Controller für hochpräzise, zuverlässige und produktive Fertigung.“

Doch 1987 ist lange her, und Diskettenlaufwerke genügen heute nicht mehr. Hier kommt die regelmäßige Nachrüstung der Fidia-Controller ins Spiel.

Nachgerüstet für Produktivität

Jorge Correa, Fidias VP Vertrieb Nordamerika: „Century Tool ist ein Paradebeispiel dafür, was mit Steuerungsnachrüstungen erreicht werden kann, um bestehende CNC-Werkzeugmaschinen auf State-of-the-Art-Niveau zu bringen.“ Seit 1987 nutzte Century Tool Fidias CK10, CK20, Compac, C2, C20, einige Tracing-Systeme und kürzlich C40-Steuerungen. Heute hat das Unternehmen 25 Fidia-CNCs, doch mit laufenden Upgrades und Neumaschinen liegt die tatsächliche Zahl über 30.

Zusammen mit den Fidia-Controllern nutzt Century Tool Tebis V4.0R2 Software für 5-Achs-Bearbeitung. Tebis V4 übersetzt Formate wie Catia, Iges, Parasolid, STEP, NX für optimale Werkzeugwege. Es soll die einzige Software sein, die den Werkzeugweg direkt von der Oberfläche generiert. „Es erzeugt mehr Kontaktpunkte, was präzisere Teile produziert“, so Guckian.

An jedem CNC-Fräser bietet die Fidia-Steuerung automatische Skalierfunktionen pro Achse zur Übersetzung von CNC-Programmparametern auf Werkstückgröße. Die Steuerung ist via Ethernet mit den Programmiercomputern verbunden für kontinuierlichen CAD-Datentransfer. „Das erlaubt Century Tool, Kundenproduktdesigns flexibel zu erweitern, aber auch in direkten Sprachformaten zu kommunizieren“, sagt Guckian.

Nachgerüstet für Sicherheit

Century Tool entdeckte die Fidia C40 Vision Control mit ViMill Anti-Kollisionssoftware auf der IMTS 2014. Hardware und Software wurden sofort an einer neuen Fidia GTFM.V3 5-Achs-Fräsmaschine nachgerüstet. „Was uns sofort an der C40 beeindruckte: Sie handhabt sehr große Datenprogramme von 50 MB und mehr. Einige Formoberflächen sind extrem komplex und detailreich. Fidia-Steuerungen bewältigen die Datenmengen und liefern dennoch glatte, präzise Oberflächen“, so Guckian. „Bei Century Tool bearbeiten wir auch ältere Pressformen, die mit neuen Engineering-Änderungen überarbeitet werden – typischerweise mehr Mischung von Schneidflächen. Exzellentes Finish ist Pflicht. Fidia-Steuerungen verbesserten dies durch Erhöhung des Lookahead von 300 auf 1.000 Zeilen Punktdaten, sodass die Maschine sich besser auf kommende Formen vorbereiten kann.“

Hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und exzellentes Finish sind der Wunsch jeder Formenbaufirma mit 5-Achs-Fräsern. Guckian sagt, Century Tool erreicht exzellentes Finish durch präzise Steuerung von Beschleunigung und Verzögerung. Laut Correa managt die C40 Vision Control Multi-Prozessor-Architektur Benutzeroberfläche, Achs- und Werkzeugpfadsteuerung sowie ViMill Echtzeit-Anti-Kollisionssoftware – zusammen für schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeiten und hochwertige Oberflächen. „Schnelle Prozessoren allein reichen nicht; man braucht sehr gute Kommunikationssoftwareparameter, damit Antriebe und Motoren bei diesen hohen Vorschüben kommunizieren können. Die Fidia-Steuerung erlaubt Feinabstimmung für diverse Dynamiken: Teilgewicht, Länge, Breite, Spindeldrehzahlen, Steifigkeit – alles für präzises Finish in kürzerer Zeit.“

Laut Guckian ist Fidias ViMill-Software in der C40 benutzerfreundlich und einfach zu schulen. Die Anti-Kollisionsfunktion projiziert 1.000 Codezeilen und verhindert Kollisionen zwischen Werkzeug, Maschine und Werkstück in Echtzeit während Fräsoperationen – sowohl im Jog- als auch im Teilesprogramm-Modus. „Der Bediener kann das Handrad on-the-fly für X, Y, Z, A, C Achsen und Normalen-zu-Vektor-Winkel nutzen. Wir kennen keine andere Steuerung mit dieser Funktion.“

Nachgerüstet für Genauigkeit

Typischerweise sind Fidia GTFM 5-Achs-Fräsmaschinen mit dem Head Measuring System (HMS) ausgestattet, das die Zeit für die Genauigkeitsprüfung von Köpfen und Schwenkrundtischen bei Century Tool von einem Tag auf unter eine Stunde reduzierte. „HMS ist eine hochpräzise Alternative zu herkömmlichen Uhrmessern und ein wesentlicher Aspekt der 5-Achs-Schneidtechnologie. HMS hält den 5-Achs-Kopf so präzise wie möglich, meist innerhalb 10 µm. Dies ist vital bei unbeaufsichtigter Bearbeitung, meist nachts“, erklärt Correa. „Die Fidia-Messsoftware in der Steuerung managt den Formschnitt. Ausgestattet mit drei hochpräzisen Wegmesssystemen misst sie 3D-Volumenfehler. Durch Echtzeit-Datenverarbeitung kann sie geometrische Fehler prüfen und kompensieren, was kostspielige mechanische Korrekturmaßnahmen vermeidet.“ Einstellungen können auf 5 µm gehalten werden. „Die Maschine lief acht Monate ohne Kalibrierparameteränderung am Kopf“, berichtet Guckian.

Ein Laser treibt die Rotation Tool Center Point (RTCP) Funktion an, ebenfalls von der Fidia-Steuerungssoftware gemanagt. Der Laser misst bei jedem Werkzeugwechsel präzise Länge und Durchmesser des Fräsers – für kontinuierlich präzise Höheneinstellung auf der Form.

Multi-Prozessor-Architektur in der Steuerung erlaubt Updates und Systemerweiterung durch teilweisen oder totalen PC-Austausch (Speicher, Festplatten, Adapter etc.) ohne Modifikation anderer Komponenten. Die GTFM-Maschine hat drei CPUs. So bleibt die CNC ständig aktuell mit neuesten Hard- und Softwareentwicklungen.

Ein solches Upgrade: Fidias Velocity Five Mehrachsen-Trajektoriensteuerungstechnologie bietet dynamisch wählbare Schrupp- und Schlichtparameter. Diese sollen schnelles, hochpräzises Fräsen durch verbesserte Beschleunigungssteuerung ermöglichen. Zum Redaktionsschluss schätzt Century Tool, dass Velocity Five Schlichtzeit bei 3D-Profilen um 15–20 % und Schruppzeit um 30–40 % reduzieren kann. Bearbeitete Oberflächenqualität zeigt signifikante Verbesserung und schnellere Ausführung bei kleinen Radien.

Mit Plänen, dieses Update an einer weiteren Schlichtmaschine einzuspielen und drei weitere C40 Vision CNCs an anderen Maschinen zu installieren, setzt Century Tool seine kontinuierliche Verbesserungsstrategie fort – maximaler Nutzen aus Nachrüstungen und Upgrades.