Produktivität kräftig gesteigert

Die Erhöhung der Produktivität stand an erster Stelle bei der Entwicklung der neuen CNC-Maschinengeneration B120 bzw. B220 der Homag AG. Die erzielbare Wirtschaftlichkeit ist bekanntermaßen besonders von der Stück- bzw. Bearbeitungszeit einer Teilefertigung abhängig: Kürzere Stückzeiten steigern die Wirtschaftlichkeit.

Hiermit waren die Anforderungen an die Neuentwicklung einer CNC-Hochleistungsmaschine klar definiert:

• Einsatz leistungsfähiger Hauptspindeln

• hohe Vorschubgeschwindigkeiten und Genauigkeiten in der Bearbeitung sowie

• deutlich reduzierte Nebenzeitanteile durch schnelle Positionierbewegungen der Vorschubachsen und ein

• in vielfacher Hinsicht flexibles Maschinenkonzept.

Im Rahmen einer Entwicklungskooperation wurde gemeinsam mit einem Spindelhersteller eine leistungsfähige HSC-Spindel mit einem Drehzahlbereich bis 40 000 U/min und 20 kW Leistung entwickelt.

Durch Erhöhung der Spindeldrehzahlen um den Faktor zwei im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik, ergeben sich im wesentlichen zwei Konsequenzen für die spanende Bearbeitung:

• Bei gleichbleibendem Zahnvorschub eines Werkzeuges, ist die Vorschubgeschwindigkeit proportional zur Drehzahlsteigerung der Spindel zu erhöhen. Somit ergeben sich zwangsläufig kürzere Bearbeitungszeiten.

• Parallel hierzu erhöht sich analog zur Drehzahlsteigerung der Spindel auch die Schnittgeschwindigkeit. Dies hat Einfluß auf den Zerspanungsprozeß und somit auf die Bearbeitungsqualität. Bei entsprechend gestalteten Werkzeugen können Verbesserungspotentiale in der Bearbeitungsqualität gegenüber der konventionellen Zerspanung ausgeschöpft werden.

Das Erzielen hoher Vorschubgeschwindigkeiten und Genauigkeiten sowie eine hohe Produktivität ist aus der Sicht des Maschinenbaus keinesfalls trivial und bedingt einen ganzheitlichen Lösungsansatz.

Die Grundbausteine hierfür sind eine leistungsfähige Steuerungstechnik, hochdynamische Antriebssysteme mit Linearmotoren sowie ein steifer und schwingungsarmer Maschinenaufbau, der bereits in der Konzeptionsphase durch konstruktionsbegleitende FEM-Berechnungen optimiert wurde. Das Maschinenkonzept in Portalbauweise mit Tandemtisch ist ein weiterer Schritt hin zum optimalen Zusammenspiel zwischen “Mensch und Maschine”. Hohe Zugänglichkeit und kurze Wege für den Bediener sind dazu die Stichworte.

Beeindruckend sind die vielfältigen Möglichkeiten, die dieses neue Maschinenkonzept bietet.

Die Baureihe BOF 120 wurde speziell für die Oberfrästechnik konzipiert. Hier sind Bahngeschwindigkeit und Genauigkeit in Verbindung mit leistungsfähigen Hauptspindeln und einer entsprechenden Bohrkopftechnik wirtschaftlichkeitsentscheidende Merkmale. Darüber hinaus ist die Flexibilität der Anlage bei kommissionsbezogener Fertigung wichtig. Ob Einzelbearbeitung, Pendel- oder Synchronbearbeitung, auf dieser Anlage mit höchstmöglicher Ausbringung ist alles möglich.

Das Linienportal baut auf einem modular gestaltetem Grundgestell auf, welches zwei parallel zueinander angeordnete Aufspanntische aufnimmt. Beide Tische können separat bewegt werden, d. h. es liegt jeweils eine Vorschubachse im Werkstück. Des weiteren ist eine feststehende Traverse quer über die beiden Tische angeordnet, welche auf einer Seite der Traverse die Bearbeitungssupporte trägt. Die CNC-Portalmaschine kann pro Seite mit maximal zwei separaten Bearbeitungssupports bestückt werden, die eine Hauptspindel sowie ein Bohraggregat bzw. Nebenaggregate tragen.

Die wesentlichen Vorteile dieser Bauweise sind die hohen erzielbaren Steifigkeiten aufgrund geschlossener Kraftflüsse in den tragenden Strukturbauteilen. Konstruktiv stellt insbesondere die große Spannweite der Traverse eine Herausforderung dar. Dies gilt besonders im Hinblick darauf, daß die Beschleunigungsbewegungen der Bearbeitungssupporte sowie die Prozeßkräfte zu keinen unzulässig hohen Verlagerungen der Traverse führen dürfen. Weiterhin sind die freien Gestaltungs- und Anbaumöglichkeiten für die Werkzeugmagazine vorteilhaft, die nicht mitbewegt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, großformatige Werkstücke durch einen Synchronbetrieb beider Aufspanntische zu bearbeiten. Der Bearbeitungsbereich der Maschine beträgt 2550 x 1800 mm bei Pendelbelegung und 5600 x 1800 mm bei Einzelbelegung. Als Hauptspindel kommt eine 12 KW-Spindel mit einer maximalen Drehzahl bis 18 000 1/min zum Einsatz. Alternativ steht eine HSC-Spindel mit einer Leistung von 20 KW und 40 000 1/min zur Wahl. Die Werkzeugversorgung erfolgt über seitlich an den beiden Enden der Traverse angeordneten 18fach-Tellerwerkzeugwechselsysteme. Aggregate können über Pickup-Systeme zum Einsatz gebracht werden.

Die technologische Erweiterung der B120-Baureihe zum Bearbeitungszentrum mit Kantenanleimung ist in der Type BAZ 220 verwirklicht. Kennzeichnend ist die beidseitige Anordnung von Bearbeitungseinheiten am Portal.

Verschiedene Tischausführungen stehen zur Wahl. Der Bearbeitungsbereich der Maschine beträgt bis zu 2550 x 2400 mm bei Pendelbelegung und 5600 x 2400 mm bei Einzelbelegung. Neben dem konventionellen geschlossenen Aufspanntisch und dem geschlossenen Aufspanntisch in Aluminiumausführung mit schlauchloser Vakuumaufspanntechnik wird auch ein Konsolentisch angeboten.

Die dritte Spindel eröffnet in der Holzbranche eine neue Dimension im Kantenanleimen. Die Technik hierfür baut weitestgehend auf bewährten und bekannten Baugruppen auf:

Das Homag-Verleimteil wurde aus den Baureihen B20 und B30 für die Portalmaschine übernommen. Es werden Vorschübe bis zu 30 m/min angestrebt. Die mitfahrende Aufschmelzeinheit führt ständig neuen Leim zu, ein Zwischenstopp in einem Pickup- Platz entfällt. Optional sind externe Pickup- Plätze möglich, sei es zum Austauschen mit einem Transferfinishaggregat oder einem anderen Aggregat. Bei der Kantenbevorratung und -zuführung wurden ebenfalls neue Wege beschritten:

• Das Kantenmaterial wird permanent an der Verleimspindel mitgeführt, so daß Rüstzeiten minimiert werden können. Die Kantenaufnahme, die bis zu sechs Kantenmaterialien gleichzeitig mitführt, ist am Schlittensystem des Portals befestigt und leicht bedienbar.

• Ein automatischer Kantenwechsler beschickt das Verleimteil mit der richtigen Kante. Das eingelegte Kantenmaterial wird durch die Vorkappstation geführt und auf das gewünschte Maß abgelängt. Bei langen Werkstücken erfolgt die Bevorratung des Kantenmaterials in der Vorkappeinrichtung. Zur Verarbeitung eignen sich Kanten bis 3 mm Dicke. Ausgelegt ist die Verleimtechnik auf eine Kantenhöhe bis zu 65 mm.

Zur Erlangung der geforderten hohen Antriebsdynamik entschied sich Homag für den Einsatz eines Lineardirektantriebs. Dem Ziel entsprechend, insbesondere die Nebenzeiten beim Werkzeugwechsel zu reduzieren, kommt der Linearmotor dort zum Einsatz, wo er seine herausragende Dynamik auch umsetzen kann: in der X-Achse des Bearbeitungssupports. Mit einer Achsgeschwindigkeit von vmax = 160 m/min und einem Beschleunigungsvermögen von amax= 1 g setzt diese Vorschubachse neue Maßstäbe. Alle weiteren Antriebssysteme zeigen trotz ihrer konventionellen Bauart ebenfalls eine hohe Dynamik. Die maximalen Achsgeschwindigkeiten betragen in der Y-Achse vmax = 100 m/min bei einem Beschleunigungsvermögen von amax = 0.5 g und vmax = 24 m/min sowie amax = 0.5 g bei der Z-Achse.

Kennzeichnend für die Lineardirektantriebstechnik ist der Wegfall aller mechanischen Übertragungselemente im Antriebsstrang.

Dadurch entfallen Nachgiebigkeiten und Nichtlinearitäten, die zu Begrenzungen in der Bandbreite konventioneller Antriebssysteme führen. Der Linearmotor kann gedanklich als eine ebene Abwicklung eines rotatorischen Motors verstanden wer-den. Die Abwicklung des Stators führt zum Primärteil des Linearmotors, die Abwicklung des Rotors zum Sekundärteil. Die Vorschubkraft wird ohne Umwege zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil erzeugt. Die Integration eines Linearmotors bedingt die Beachtung wichtiger Eigenschaften dieser Antriebstechnik.

• Die Bandbreite eines Lineardirektantriebes stellt sehr hohe Anforderungen an die Konstruktion hinsichtlich Steifigkeit und Schwingungsverhalten. Dies betrifft primär die Strukturbauteile, die im Kraftfluß des Linearmotors liegen. Neben dem Schlitten, der in der Regel das Primärteil aufnimmt, ist dies auch die tragende Achskonstruktion in Form der Traverse. Für die Auslegung dieser Strukturbauteile wurden deshalb konstruktionsunterstützende Berechnungen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt.

• Die Vorschubkraft eines Linearmotors ist begrenzt. Eine Überdimensionierung des Antriebs kann nur durch Reduktion der zu beschleunigenden Massen verhindert werden. Demzufolge ist der Leichtbau der bewegten Achsbaugruppen integraler Bestandteil dieser Maschinenentwicklung. n