Wie Multitasking-Maschinen moderne Fertigungsbetriebe transformieren

Die Vielfalt verfügbarer Multitasking-Maschinenkonfigurationen erlaubt Betrieben die Auswahl der optimalen Komponenten- und Fähigkeitenkombination für ihre spezifischen Anwendungen.

Fortschritte in der Multitasking-Maschinentechnologie heben Betriebe auf neue Produktivitätsniveaus. Die Fähigkeit, höchst komplexe Teile in einer einzigen Spannung fertigzustellen, menschliche Eingriffe zu minimieren und erhebliche Zeit einzusparen, bietet selbst kleinen Betrieben eine kosteneffiziente Lösung für den Wettbewerb im heutigen anspruchsvollen Fertigungsumfeld.

Bei der Vielfalt an Konfigurationen und stetig neuen Designs der Maschinenbauer sollten Betriebe die passende Kombination finden können. Joe Wilker, Produktgruppenleiter bei Mazak Corp., gibt Einblicke in den Stand der Multitasking-Technologie und deren optimale Nutzung.

Neue Funktionen bei Multitasking-Maschinen

Zu den gefragten Merkmalen zählen: zwei Drehspindeln, mehrere Revolver mit angetriebenen Werkzeugstationen und Y-Achsen-Versatzfähigkeit, schwenkbare/rotierende B-Achsen-Frässpindeln, Dreh-/Schwenktische und große Werkzeugmagazine. Laut Wilker umfassen neuere Entwicklungen: integrale Motoren mit Rollen-Nocken-Antrieb an Revolvern, verbesserte untere Revolver, direktgetriebene Frässpindeln und servogesteuerte Bohr-Reitstöcke. Weitere fortgeschrittene Fähigkeiten: simultanes Fräsen mit oberem und unterem Revolver sowie Langbohroperationen.

Integralmotor-Revolver mit spielfreiem Rollen-Nocken-Antrieb liefern sanftes, hochschnelles, hochpräzises digitales Indexieren und Erweiterbarkeit. Solche vielseitigen Revolver beherbergen typischerweise 12 Werkzeugpositionen, erweiterbar auf 24. Mehr Werkzeugkapazität bedeutet längere ununterbrochene Laufzeiten und mehr Standardwerkzeuge – Reduktion des Gesamtwerkzeugbestands. Dieses Design macht Kurvenverzahnungen/Indexkupplungen überflüssig; Erweiterbarkeit ist möglich, da der Revolver digital auf jede Position indexiert, ohne Gehäuseänderungen. In Position sorgen integrierte Hydraulikspannsysteme für maximale Steifigkeit.

Auch untere Revolver entwickeln sich weiter, so Wilker. Sie sind robuster, leistungsstärker und bieten typischerweise bis zu neun Werkzeugpositionen mit Optionen für angetriebene Frässpindeln.

Manche Maschinenbauer konfigurieren Revolver auf 45°-Schrägstellung. Dies maximiert Bearbeitungslastkapazität und bietet optimalen Spindelzugang sowie Raum für Werkstückübergabe von Haupt- zu Gegenspindel.

Für höhere Produktivität und Bearbeitungsvielseitigkeit können untere Revolver simultan mit oberen Revolvern am selben Werkstück arbeiten. Oder in Kombination mit der Frässpindel, die auf beide Seiten des Maschinenhauptstocks angewendet werden kann – weitere Zykluszeitreduktion.

Heutige Multitasking-Revolver verfügen über angetriebene Werkzeugspindeln mit Direktantriebstechnologie – schneller und leistungsstärker als Vorgängermodelle. Direktgetriebene Fräsmotoren liefern bis zu 24 % höhere Spindeldrehzahl und bis zu 60 % höheres Drehmoment. Das bedeutet gesteigerte Bearbeitungsvielseitigkeit, Produktivität, Standzeit und Oberflächenqualität. Erhältlich sind Revolver-Spindeln mit 10 PS und 6.000 min⁻¹ als Standard, oder bis 10.000 min⁻¹ und 70 Nm Drehmoment.

Neueste NC-servogesteuerte Reitstöcke ermöglichen automatisierte Prozesse. Sie sind voll programmierbar, laufen mit eigenen AC-Servomotoren und Kugelgewindetrieben. Über Teileprogramme fahren sie bekannte Positionen mit definierten Vorschüben an und kontaktieren Werkstücke mit konstantem Andruck. Durch ihren positiven Eigenantrieb können sie auch Bohrungen auf Spindelmittellinien ausführen – mehr Vielseitigkeit für Multitasking-Aufträge.

Reitstock-Vorschubkräfte sind meist in definierten Schritten einstellbar. So lassen sich Andruckkräfte an Werkstückmaterial und -form anpassen – Beschädigungsrisiko wird ausgeschlossen, sichere Halte- und Stützfunktion gewährleistet. Oder Einstellung während des Eingriffs für Bohren, Ausdrehen, Honen – Operationen, die sonst Werkzeuge im Revolver beanspruchen würden. Solche Reitstöcke schaffen freie Revolverplätze.

Da immer mehr Betriebe längere, größere, komplexere Wellenbauteile bearbeiten, bieten Multitasking-Maschinen verlängerte Bettlängen kombiniert mit Innovationen wie Langbohrwerkzeugspeichern. Diese steigern Verarbeitungsgeschwindigkeit und -effizienz für solche anspruchsvollen Teile erheblich.

Für Tiefbohroperationen erlauben Langwerkzeugspeicher die Handhabung und Lagerung mehrerer Werkzeuge – typischerweise bis zu drei, jeweils ca. 40 Zoll (ca. 1 m) lang. Speicher befinden sich über der zweiten Spindel oder, je nach Maschinenversion, über dem Reitstock – gut aus dem Weg, aber schnell zugänglich.

Multitasking-Maschinen in der Medizintechnik

Lowell Inc. eliminierte manuelle Operationen und steigerte Gesamtdurchsatz mit drei Multitasking-Maschinen, die vollständige Teilebearbeitung in einer Spannung ermöglichen.

Ein Betrieb nutzt die Vorteile – Eliminierung manueller Operationen, Steigerung des Gesamtdurchsatzes – bei der Fertigung seiner anspruchsvollsten Teile. Lowell Inc. in Minneapolis, Minnesota, ist Medizin-Lohnfertiger für Implantate: Orthopädie (Wirbelsäule, Trauma, Extremitäten) und Kardiovaskulär (mechanische Kreislaufunterstützung, Klappenreparatur). Typisch: sehr komplexe Mehrkomponentenbaugruppen wie Pedikelschrauben, Halswirbelplatten, Querverbinder, Linksventrikel-Assist-Systeme (LVAD) – fast alle Mehrteilsysteme, bei denen Einzelkomponenten im Verbund funktionieren müssen. Designs variieren je Kunde, fast jeder Auftrag ist individuell.

Anforderungen an Individualisierung, Justierbarkeit und kleinere Geräte für minimalinvasive Chirurgie stellen große Zerspanungsherausforderungen. Nach Lösung der Spannaufgabe für diese Kleinteile müssen winzige, hochkomplexe Merkmale mit Werkzeugen < 1 mm Durchmesser eingebracht werden.

Für diese Herausforderungen installierte Lowell drei Mazak Integrex i-150 Multitasking-Maschinen in Zellenanordnung. Sie bieten vollständige Teilebearbeitung in einer Spannung, eliminieren manuelle Operationen, steigern Durchsatz. Spannung vereinfacht sich auf Spannzangen und Futter; Teilevariationen je Kunde werden leicht gehandhabt; oft reduzieren sich Zykluszeiten.

Jeder Integrex i-150 hat C-Achsen-CNC-Drehspindel, vertikale B-Achsen-Frässpindel und Rückseiten-Spannbacke/Teilehalter für Drehen, Mehrseiten-, Mehrwinkel- und volle 5-Achs-Konturierung. Lowell wählte Hochgeschwindigkeits-20.000-min⁻¹-Frässpindeln und 72-Werkzeug-Frontlademagazine.

Frässpindeln schwenken von -10° bis +190°, C-Achsen-Futter haben großzügige Durchlässe für Stangen bis 65 mm (2,56 Zoll). Für außermittige Operationen: Y-Bereich ±100 mm (±3,94 Zoll). Achsenwege: X 370 mm (14,57 Zoll), Z 435 mm (17,13 Zoll), max. Schwenkdurchmesser 400 mm (15,75 Zoll) – alles in 2,32 m × 2,53 m (91,3 × 99,6 Zoll) Grundfläche.

Drei identisch konfigurierte, nah beieinander stehende Maschinen ermöglichen Bedienern einfaches Wechseln ohne neues Maschinen- oder Programmierwissen.

Auf den Mazaks fertigt Lowell praktisch alle Teile aus Stangenmaterial 9,5–31,75 mm (0,375–1,250 Zoll) Durchmesser. LNS Quick Load Servo 65 Stangenzuführungen speisen 40-Zoll-Stangen (ca. 1 m) automatisch ein. Gewählte Optionen steigern Leistung: Kühlmittelkühler, Maßstäbe auf allen Achsen, erweiterte CNC-Steuerungsfunktionen für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung.

Der QTN350-II MSY mit Fräs- und Y-Achsenfähigkeit sowie zweiter Drehspindel ermöglicht LCP Machine Inc. die Bearbeitung winziger, hochkomplexer Merkmale an Medizintechnik-Implantaten.

Die Maschinen strafften den gesamten Bearbeitungsprozess inkl. Programmierung und Rüsten. Vielseitigkeit und Durchsatz erlauben Expansion in neue Anwendungen.

Auch die Rüstindustrie dreht auf

Ein weiterer Betrieb: LCP Machine Inc., Bunnell, Florida – Tier II/III in Luftfahrt/Rüstung, Tier I in Öl/Gas. Aktuell >200 Einzelaufträge/Monat, Losgrößen 1–10.000 Stück. Manche wiederholen sich, meist sind es Unikate.

14 Mazak-Maschinen, neueste: Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY Multitasking-Maschine sowie Vertical Center Universal (VCU) 400 5X und 300 5X Voll-5-Achs-Vertikalbearbeitungszentren. Die Multitasking-Maschine hat Fräs- und Y-Achsenfähigkeit plus zweite Drehspindel für Done-in-One-Bearbeitung.

Weitere Maschinen: Multitasking-QTNs mit Fräsfähigkeit, 3-Achs-VCN-Vertikalzentren und ein VCN Compact.

LCP fertigt hauptsächlich aus Aluminium, Edelstahl, Nickellegierungen, Messing, Kupfer und gängigen Kunststoffen. Teile: 0,76 mm bis 457 mm (0,030–18 Zoll) Durchmesser, bis 1.524 mm (60 Zoll) Länge. Toleranzen: ±0,025 mm bis 0,005 mm (±0,001–0,0002 Zoll), Bearbeitungszeiten: 10 Sekunden bis 8 Stunden.

Mit Multitasking- und Voll-5-Achs-Technologie fertigt der Betrieb oft in einer Spannung. Beispiel: Gehäuse für militärisches Sonargerät auf dem QTN – speziell für diesen Auftrag angeschafft, produziert das Teil für halb so hohe Kosten wie vorher. Jährlich ca. 10.000 Stück.

Das Sonarteil erfordert Außen- und Innendrehen sowie Fräsen. Die echte Herausforderung: ID-Oberflächengüte, die LCP zunächst zum Honen extern geben wollte – enormer Zeitaufwand. Aber durch QTN-Fähigkeiten erklärte man dem Kunden: Maschine erlaubt Einzelschrittfertigung bei Erhalt der geforderten Oberflächengüte nur dort, wo nötig – innerhalb des Kundenpreises mit gutem Gewinn für LCP. Die Maschine fertigt ein Teil in Minuten.

Als Präzisionsbetrieb für Luftfahrt/Rüstung, Öl/Gas und andere Branchen weiß LCP: Kunden fordern höhere Qualität bei niedrigeren Preisen. Multitasking-Technologie liefert darauf die Antwort.

Mehr mit weniger

Wenn Maschinenbauer Multitasking-Designs verfeinern, steigt Bearbeitungsvielseitigkeit und die Kernvorteile werden verstärkt. Kombinierte Operationen reduzieren Ungenauigkeiten durch Teiletransport über mehrere Arbeitsstationen und eliminieren Zwischenbestände zwischen Einzelmaschinen. Wie in vielen Fällen gezeigt: Multitasking-Maschinen ermöglichen Betrieben, mit weniger mehr zu erreichen und Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.