CNC-Mehrspindler auf dem nächsten Level: Einblicke von der EMO 2017

Ein Besuch der EMO sollte auf der Prioritätenliste aller stehen, die neueste Zerspanungstechnologie sehen wollen. Es ist eine riesige Fertigungsmesse, zuletzt im September 2017 in Hannover, Deutschland. Für Mehrspindel-Produktionsmaschinen war Halle 17 – gewidmet Mehrspindel-Werkzeugmaschinen – ein Muss für alle Produktionszerspanungs-Enthusiasten, inklusive Journalisten aus aller Welt.

Ich nahm mir Zeit, diese massive Halle zu erkunden, und hielt am Schütte-Stand an, wo komplexe Drehteile durch Trockenbearbeitung auf der neuesten Ergänzung des Maschinenportfolios, dem AC10-36 Mehrspindler, gefertigt wurden. Die neue Maschine bietet acht Spindeln für höhere Produktivität bei Teilen bis 40 mm Durchmesser. Sie fiel auf – nicht wegen hoher Komplexität, sondern wegen der Geschwindigkeit: Innerhalb von drei Sekunden fiel das komplette Teil, inklusive Vorder- und Rückseitenbearbeitung, fertig und versandbereit aus der Maschine.

Acht Spindeln machen es möglich. Schüttes AC10-36 bietet acht Spindeln und bis zu zwei Gegenspindeln für Rückseitenbearbeitung. „Für Rückseitenbearbeitung, die zum Flaschenhals werden kann, wenn mehrere Operationen nötig sind, bietet der AC10-36 zwei Gegenspindeln, die simultan an zwei Werkstücken arbeiten“, erklärt Marketingleiter Wilfried Rupp. „Bei Doppel-Rückseitenbearbeitung haben wir die Lösung. Acht Querbahnpositionen, jede mit Mehrfachwerkzeugbestückung. Zwei der acht Querbahnen können für Hauptspindel- oder Gegenspindelpositionen bestückt werden für simultane Rückseitenbearbeitung. Nach Abschluss der Vorderseitenoperationen greifen beide Gegenspindeln je ein Teil von Position 7 und 8 – zwei Teile werden simultan fertiggestellt.“

Das ist das Geheimnis der 3-Sekunden-Zykluszeit für das vorgeführte Teil. Nach mehreren Operationen an den Hauptspindeln – Innen- und Außendrehen, Profildrehen, Nuten, Bohren – wird das Teil an die Gegenspindeln für Rückseitenoperationen übergeben.

High-Tech trifft traditionelles Design

Obwohl 8-Spindel-Technologie nicht neu ist – Schütte bietet seit Jahren acht Spindeln an G- und PC-Serien – ist die ACX-Maschine, jetzt global verfügbar, das Ergebnis fortlaufender Entwicklung der SCX-Serie 6-Spindel-CNC-Mehrspindeldrehautomaten (2006 eingeführt). Um mehr zu erfahren, besuchte ich Schüttes Hauptsitz in Köln, um die Maschine in der Produktion zu erleben.

1880 gegründet, baut das Familienunternehmen seit 1937 Mehrspindeldrehautomaten. 1940 entstand der erste Mehrspindelautomat mit unabhängig gesteuertem Längsschlitten – ein Prinzip, das später als „Schütte-Design“ bekannt wurde. Unser Gastgeber Rupp erklärt: Das Schütte-Design umfasst eine geteilte Anordnung der Bearbeitungseinheiten für Längs- und Querbearbeitung auf zwei Maschinenständern. Spindel und Antriebskopf sind auf einem torsions- und schwingungsfesten Mineralguss-Maschinenbett montiert und durch einen robusten Längsträger verbunden. Dies schafft einen geschlossenen Rahmen, der optimale Kraftverteilung und hohe Steifigkeit garantiert. Das Design verleiht der Maschine hohe Stabilität, reflektiert in hoher Spanabtragsleistung.

Ein weiteres Merkmal: der „Schütte-Block“. „Er gibt unseren Längsschlitten hohe Genauigkeit und Langlebigkeit und ermöglicht anspruchsvolle Bohroperationen“. Kunden, die weniger vertraut sind (z. B. in China), fragen oft nach dem Design-Grund. Antwort: bewährtes traditionelles Design, das Schütte-Maschinen unvergleichliche Genauigkeit verleiht und von Kunden hoch geschätzt wird.

Mit der Zeit spiegelte die industrielle Produktion den Bedarf an komplexeren Werkstücken in kleineren Losen, kürzeren Lebenszyklen und hochkompetitivem Umfeld wider. Diese Bedürfnisse fokussierten das Unternehmen auf die SCX-Serie 6-Spindel-CNC-Mehrspindelmaschinen. In der SCX-Serie wurde alles, nicht direkt zur Werkstückfertigung gehörende, aus dem Bearbeitungsraum entfernt. Kein Kühlmittel, Schmierleitungen, Kabel im Arbeitsbereich, die Späne sammeln. Zudem sind Quer- und Längsschlitten mit Standard-Werkzeugeinheiten bestückt, die Mehrfachwerkzeuge aufnehmen. Diese austauschbaren Einheiten umfassen Drehen, Bohren, Fräsen, Wälzfräsen, Kugel- und Polygondrehen oder fast jede andere getriebene oder stationäre Anforderung.

Warum dauerte es 10 Jahre, eine 8-Spindel-Variante der erfolgreichen SCX-Serie auf den Markt zu bringen? Rupp erklärt: „Eine 8-Spindel-Maschine ist viel komplexer als eine 6-Spindel-Maschine. Man muss bis zu 85 Achsen programmieren und steuern – nur möglich mit dreifacher NCU in der Siemens 840D Solution Line. Gleichzeitig muss die gewohnte, bedienerfreundliche Oberfläche geboten werden.“

Konfiguration, Bedienung und Programmierung der CNC-ACX-Maschinen erfolgen über die von Schütte entwickelte SICS-Benutzeroberfläche. Sie ist optimal auf den Funktionsumfang des ACX-Mehrspindelautomaten abgestimmt. SICS bietet Bedienern vordefinierte Eingabe- und Bedienemenüs für ihre Aufgaben. Koordination und Datenverteilung auf die einzelnen Steuerungssysteme und Kanäle laufen im Hintergrund, für den Nutzer unsichtbar.

Materialzufuhr erfolgt meist als Stangenmaterial bis 42 mm Durchmesser. Alternativ: automatisierte Zufuhr von Rohlingen oder Halbzeugen über individuelle Zuführeinrichtungen. Fertigteile verlassen die Maschine je nach Kundenwunsch über Rutsche, Austragsförderer oder orientiert in Paletten. Reinigungs- und Messstationen können werkstückspezifisch konfiguriert und in das Fertigteilhandling integriert werden.

Der 8-Spindel-Vorteil

ACX-Maschinen sind für Komplettbearbeitung ausgelegt – Vorder- und Rückseite in einem Zyklus. Entscheidend: simultane Arbeit von acht Hauptspindeln und bis zu zwei Gegenspindeln, so Rupp. Alle Spindeln haben flüssigkeitsgekühlte Direktantriebe – minimales thermisches Wachstum im Spindelträger – mit frei wählbaren, unabhängigen Spindeldrehzahlen. Mit 85 Nm Drehmoment bieten sie besonders hohe Dynamik und Zugkraft.

Die Maschine kann als 8-Spindel-Maschine für komplexe Teile mit umfangreicher Bearbeitung laufen oder als doppelte 4-Spindel-Maschine – tatsächlich zwei Maschinen, die simultan auf einer Plattform arbeiten. Jede Sekunde hat eine Werkzeugstation simultanen Zugriff auf dieselben Werkzeuge. Bei Doppel-4-Spindel-Bearbeitung produziert die Maschine zwei Fertigteile pro Trommelumdrehung. Bei Doppel-Rückseitenbearbeitung stehen acht Spindelpositionen für Vorderseitenbearbeitung und zwei für Rückseitenbearbeitung zur Verfügung – alle simultan.

Weitere Produktivitätssteigerungen durch optional zusätzliche Schlitten an Positionen 7 und 8 in der Abstechposition. „Damit kann der Anwender sowohl eine zusätzliche Rückseitenbearbeitung als auch simultanes Vorabstechen eines Folgewerkstücks während der Rückseitenbearbeitung realisieren“, sagt Rupp.

Bearbeitungseinheiten

Der Grundaufbau des AC10-36 folgt dem klassischen Konzept des nockengesteuerten Automaten: acht Spindeln indexieren in einem präzisionsgefertigten Spindeltrommel, die durch robuste Hirth-Kupplung mit hoher Wiederholgenauigkeit verriegelt wird. Querbahnen für Außendurchmesserbearbeitung erlauben X-, Z- und Y-Achsen an Positionen 1–8. X-Achse bewegt sich radial zur Spindelmittellinie auf Linearführungen. Z-Achse nutzt hydrostatische Quill-Konstruktion, parallel zur Spindelmittellinie, durch den X-Achsen-Träger bei 90°. Beide Achsen elektromechanisch angetrieben. Durch Interpolation erlauben sie X-Z-Konturbewegung an allen acht Stationen.

Modulare Querbahn-Werkzeugrevolver bringen ein oder mehrere Werkzeuge an jede der acht Stationen in den Schnitt – potenziell vervielfachen sie die nutzbare Werkzeugzahl pro Station. Diese Flexibilität erlaubt Mehrfachoperationen an einer Station oder redundante Werkzeuge für unbeaufsichtigten Betrieb.

Jede Querbahn kann Y-Achsen-Fähigkeit bieten. Zusätzlich zur Linearbewegung kann die Z-Achse geschwenkt werden. Dies positioniert zweites, drittes oder weiteres Werkzeug am Werkstück. Erlaubt auch Y-Achs-Fräsen durch Interpolation zwischen linearer X-Achse und drehbarer C-Achse.

Die Hirth-Kupplung nimmt verschieden konfigurierte Revolver auf, die Schneidwerkzeuge für eine Station tragen. Wie bei der SCX-Serie umfassen ACX-Standardrevolver: (außermittiges) Bohren, Tiefbohren, Gewindeschneiden, Winkelhochen, Querbohren, Konturfräsen, Wälzfräsen, Mehrschneidendrehen, Kugel- und Polygondrehen (Quer) sowie Querbahnen (Stirnseitig) für getriebene und stationäre Werkzeuge. Wesentlich: Alle Einheiten sind an jeder Spindelposition unabhängig nutzbar.

Standardanschluss erlaubt Positionierung jedes Revolvers an jeder Querbahn. Moduldesign eignet sich für stationäre und getriebene Werkzeuge. Bei getriebenen Werkzeugen ist Integralmotor in der Z-Achsen-Quill verbaut, 8.500 min⁻¹. Kühlmittelleitungen durch die Quill geführt – Arbeitsbereich bleibt frei. Innenkühlung bis 100 bar verfügbar.

Quer- und Längsschlitten-Revolver nutzen HSK- oder Capto-Werkzeughalter für festen Sitz und schnellen Wechsel. Standardisierte, präzise Werkzeugschnittstellen fördern Offline-Werkzeugeinstellgeräte für schnellere Werkzeugwechsel in der Maschine.

Freier Zugang zum Bearbeitungsbereich

Für Rüsten wurde alles, nicht direkt zur Teilebearbeitung gehörende, aus dem Arbeitsbereich entfernt. Der geschlossene Schneidbereich enthält keine Antriebskomponenten, Führungen, Schmier- oder Kühlmittelleitungen, keine Verkabelung. Ein sauberer Arbeitsbereich, der schnellen Werkzeugwechsel und gute Späneabfuhr erleichtert. Der offene, saubere Arbeitsbereich gibt Freiheit, verschiedene Bearbeitungskonfigurationen hinzuzufügen oder zu entfernen.

„Bei Späneanfall gibt es keine Hindernisse im Späneabfuhrbereich durch Schlitten, Antriebe, Kabel oder Leitungen“, erklärt Rupp. „Gefahr von Beschädigung oder Zerstörung von Kabeln/Schläuchen durch heiße Späne oder beim Rüsten entfällt. Spänennester gehören der Vergangenheit an. Dies verbessert Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Anbauteile signifikant und reduziert unproduktive Zeiten für Späneentfernung. Für viele Betriebe unschätzbar, da zuverlässiger Automatikbetrieb nur möglich ist, wenn Späneabfuhr gelöst ist. Und das bei zunehmend schwer zerspanbaren Materialien – nicht nur Herausforderung für Maschinenkapazität, sondern auch für Späne, die oft lang und schwer abzuführen sind. Die Anordnung von Antriebs- und Führsystemen außerhalb des Bearbeitungsbereichs verhindert effektiv Kontamination dieser kritischen Elemente und vermeidet vorzeitigen Verschleiß.“

Die ACX-Serie von Schütte ist weltweit verfügbar. Das 8-Spindel-Design bedient Bedarf an flexibler, niedrigvolumiger, high-mix Produktion, die in Zerspanungsbetrieben zunimmt. Zusätzlich deckt der 8-Spindler High-Volume-Produktion mit zusätzlichen Bearbeitungsfähigkeiten für komplexe Teile ab.