Zeitschriften | DREHTEIL+DREHMASCHINE

Hartdrehmaschinen erreichen Genauigkeiten im µ-Bereich

Hartdrehen hat sich als kostengünstige Alternative zum Rundschleifen bewährt. Hembrug, einer der Pioniere dieser Technik, hat sich inzwischen fast ausschließlich auf Ultrapräzisions-Hartdrehtechnologie spezialisiert und bietet Maschinen bis zu 1.500 mm Werkstückdurchmesser. Fanuc, Partner auf Antriebs- und Steuerungsseite, stattet diese je nach Anforderungen mit den CNC-Serien 0i-D und 32i aus. Hembrug Machine Tools aus dem niederländischen Haarlem ist ein ehemaliger Staatsbetrieb, der 1983 privatisiert wurde. Ursprünglich im Bereich der Ultra-Präzisionsdrehmaschinen beheimatet, konzentriert sich das Familienunternehmen seit Anfang der 90er Jahre auf das Hartdrehen. „Damals standen erstmals neue Werkzeugmaterialien zur Verfügung, die das Zerspanen von gehärteten Stählen ermöglichten“, erinnert sich Konstruktionsleiter Bert de Veer. „Um hochwertiges, präzises Hartdrehen zu realisieren, entwickelten wir Maschinen von besonders hoher Stabilität, denn die bei der Hartbearbeitung auftretenden Kräfte sind enorm und Genauigkeiten im µ-Bereich sonst nicht zu erreichen.“ Mit der langjährigen Erfahrung aus dem Bau von hydrostatisch gelagerten Drehmaschinen er-oberte sich Hembrug die Nische des Hartdrehens und entwickelte die Technik zur vollwertigen Alternative für das Rundschleifen als Präzisions-Endbearbeitung. Davon zeugen inzwischen zahlreiche Beispiele. Bert de Veer erwähnt, dass die ersten Hembrug-Hartdrehmaschinen an Kunden aus dem Werkzeug- und Formenbau geliefert wurden, wo sie der Herstellung von PET-Flaschen dienten: „Auf unseren Maschinen werden bis heute nicht nur die Spritzgusswerkzeuge für Vorform­linge gedreht, sondern auch die Formen für Verschlusskappen samt Gewinde. Über einen Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen werden selbst die kleinen Entlüftungskanäle eingefräst, so dass man die Teile komplett fertig von der Maschine nehmen kann.“ Weitere Einsatzfälle finden sich in der Kfz-Industrie (Einspritzdüsen, Zahnräder), Kugellagerherstellung (Laufringe und -bahnen) sowie Hydraulik und Pneumatik (Ventile).

Für Werkstücke bis zu 1.500 mm Drehdurchmesser

Die Hembrug-Maschinenreihe Mikroturn umfasst nahezu verschleißfreie, voll hydrostatische Ultrapräzisions-Hartdrehmaschinen, die ein großes Teilespektrum abdecken. Die Horizontalmaschinen der Serie 100 CNC eignen sich für kleine Teile mit Bohrungen ab 1 mm. Für große, schwere Werkstücke von 450 mm bis zu 1.500 mm Drehdurchmesser stehen Vertikaldrehmaschinen zur Verfügung. Alle Mikroturn-Maschinen haben eins gemein, erklärt Bert de Veer: „Sie liefern die höchste Präzision, die sich derzeit mit Hartdrehen erzielen lässt“, und belegt seine Aussage mit Zahlen: „Mit diesen Maschinen können an Werkstücken mit Härten bis zu 70 HRC und bis zu einem Durchmesser von 1.500 mm folgende Toleranzen erzielt werden: eine Oberflächengenauigkeit von Ra = 0,0001 bis 0,0004 mm, Formgenauigkeiten zwischen 0,0002 und 0,001 mm sowie eine Maßgenauigkeit von 0,002 mm oder kleiner.“

Hydrostatik sorgt für Langzeitgenauigkeit

Mit solchen Werten machen die Mikroturn-Maschinen in erster Linie Rundschleifmaschinen Konkurrenz, gegenüber denen sie in weiteren Bereichen punkten können. So muss beim Hartfertigdrehen das Werkstück nicht umgespannt werden, was Zeit spart und Spannfehler vermeidet. Mit nur einem Werkzeug lassen sich beliebige Konturen herstellen – teure Formschleifscheiben entfallen. Außerdem ist Hartdrehen ein umweltfreundliches ­Verfahren, das in vielen Fällen trocken abläuft. Beim Schleifen ent­stehen immer Schlämme, die teuer entsorgt werden müssen. Unterm Strich erreicht das Hartfertig­drehen in vielen Bearbeitungs­fällen eine höhere Produktivität. Gegenüber anderen Hartdrehmaschinen punkten die Hembrug-Maschinen durch besonders hohe Langzeitge­nauigkeit. Verantwortlich dafür sind in erster Linie die hydrostatisch gelagerten Spindel- und Schlitteneinheiten. Sie erreichen Rundlauf- und Wiederholgenauigkeiten von 0,1 µm – und zwar dauerhaft, wie Bert de Veer sagt: „Maschinen ohne hydrostatische Lagerung erreichen diese Werte im Neuzustand. Unsere Maschinen können solche Qualität auch noch nach 20 bis 30 Jahren bieten.“

Hembrug und Fanuc – eine zuverlässige Partnerschaft

Schon seit vielen Jahren ­arbeitet Hembrug auf Antriebs- und Steue­rungsseite mit dem Unternehmen Fanuc zusammen. Peter van Ommeren, Leiter Elektrokonstruktion, berichtet: „Früher hatten wir die Fanuc CNC-Serie 15-TB im Einsatz. Heute verwenden wir CNC-Systeme der Serie 0i-D für unsere Standard Mikroturn-Maschinen. Diese Steuerung bietet eine Auflösung von 100 nm. Für anspruchsvollere Aufgaben haben wir spezielle Mikroturn-Maschinen entwickelt, die wir dann mit der Fanuc ­CNC-Serie 32i ausrüsten. Sie ermöglicht – entsprechende Maßstäbe vorausgesetzt – eine Auflösung von 10 nm.“ Hembrug setzt in der Fertigung mehrere eigene Maschinen ein, die von der Fanuc-CNC 0i-D gesteuert werden – „weil diese Kombination prima funktioniert“, erklärt Peter van Ommeren. „Das hören wir auch immer wieder von unseren Kunden. Es gibt so gut wie keine steuerungsbedingten Ausfälle, auch über viele Jahre nicht. Die Fanuc-Elektronik, die Motoren und Steuerungen, sind qualitativ auf höchstem Niveau und sehr robust, selbst gegenüber elektromagnetischen Einflüssen. Ein weiterer Pluspunkt von Fanuc ist die Aufwärtskompatibilität. Das heißt, wir haben schon in den 90er Jahren Maschinen mit der 15-TB-Steuerung in Betrieb genommen. Jetzt, fast 20 Jahre später, lassen sich die Programme immer noch auf neueren Maschinen und aktuellen Steuerungen verwenden. Denn bei allen Neuerungen und zusätzlichen Funktionen hat Fanuc die dahinter stehende Grundstruktur beibehalten. Das erleichtert uns Maschinenherstellern die Implementierung und erspart unseren Kunden so manche Schulung.“

Neuentwicklungen steigern die Produktivität

In den vergangenen Jahren standen bei Hembrug Neuentwicklungen auf dem Programm, die nicht nur hochpräzise sondern auch besonders produktiv sind. So wurde auf der EMO 2011 die Mikroturn Twin Spindle und die Mikroturn 100 CNC Special vorgestellt. Die Mikroturn Twin Spindle ist mit zwei vollhydrostatischen Spindeln mit integrierten Spindelmotoren, Linearmotoren im X- und Z-Schlitten sowie einem integrierten, vollautomatischen Beschickungsroboter ausgerüstet. In einigen Fällen ist das Hartdrehen von Haus aus dreimal schneller als vergleichbare Schleifbearbeitungen, aber die Twin Spindle ermöglicht noch weitere Zykluszeitverbesserungen von bis zu 30 Prozent und Produktivitätssteigerungen von bis zu 100 Prozent. Die Mikroturn 100 CNC Special ist eine Sonderausführung mit einer vollhydrostatischen Hochleistungsspindel mit 2.000 U/min, integriertem Regelmotor und verlängertem Hub des Z-Schlittens. Mit ihr lassen sich größere und schwerere Werkstücke als mit der Standard-ausführung der Mikroturn 100 CNC drehen. Bert de Veer sieht in diesen Entwicklungen einen wichtigen Schritt in die Zukunft: „Bei ­unseren Neuentwicklungen stehen zum einen die Produktivität im Vordergrund und zum anderen die gesteigerte Flexibilität hinsichtlich Kundenwünsche. Wir sind gerne zu Sonderlösungen bereit.“ Als Beispiel erwähnt er ein Projekt, bei dem unterschiedliche Wellen für Zahnradpumpen bearbeitet werden. Diese werden auf einem Zuführband zur Maschine transportiert, von einer Bildverarbeitungskamera erfasst und von einem Roboter eingelegt. So erkennt die Maschine das jeweilige Werkstück und wählt automatisch das geeignete CNC-Programm.

Direkte Ansprechpartner sorgen für hohe Zufriedenheit

Fanuc war in die Neuentwicklungen eingebunden. Peter van Ommeren konkretisiert: „Für uns war es wichtig, dass Fanuc die Einbindung von Fremdmotoren erleichtert hat. Wir nutzen zum Beispiel Spindel-Einbaumotoren von Drittherstellern. Da hatten wir anfangs noch Bedenken. Aber Fanuc hat große Offenheit gezeigt, so dass die Motoren problemlos angesteuert werden können.“ Momentan ist Hembrug dabei, spezielle Bedienoberflächen zu entwickeln, die dem Anwender den Umgang mit der Maschine erleichtern. Mit Fanuc Picture steht eine leistungsfähige Entwicklungsumgebung zur Verfügung, die es ermöglicht, diese Bedienoberflächen nach Wunsch zu gestalten. Das Ergebnis wird derzeit in der eigenen Fertigung an einer Mikroturn mit 32i Steuerung getestet, auf der nach dem Härten Innengewinde in großen Muttern nachgeschnitten werden. Elektronikfachmann Peter van Ommeren ist von der Zusammenarbeit mit Fanuc begeistert: „Obwohl wir gegenüber anderen Maschinenbauern nur relativ wenige Drehmaschinen herstellen und dementsprechend nur eine kleine Anzahl an Fanuc-Steuerungen abnehmen, erhalten wir von Fanuc eine sehr gute und schnelle Betreuung. Wenn es Fragen gibt, haben wir einen direkten Ansprechpartner, und das funktio-niert wirklich super.“ Mit einem Beispiel verdeutlicht er das: „Ein Kunde in den USA fragte ein kundenspezifisches Projekt mit einer komplexen Vierachsmaschine, mit zwei Werkzeugsupports und zwei Werkzeugwechslern an. Steuerungs- und antriebsseitig keine einfache Aufgabe, so dass wir Fanuc um Unterstützung baten. Innerhalb kurzer Zeit war ein Fanuc-Ingenieur hier vor Ort, mit dem wir das Projekt diskutieren konnten. Er spezifizierte die Antriebe und eine mehrkanalige CNC der Serie 32i. Damit konnten wir dem Kunden sofort das gewünschte Angebot machen.“

 

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