Dynamik und Genauigkeit bei vertikaler 5-Achsen-Bearbeitung

Makino D500

Makino D500

Die D500 von Makino bietet weit mehr als allein 5-Achsen-Technologie. Interessant ist diese Maschine vor allem, weil sie dynamische Geschwindigkeit mit herausragender Genauigkeit kombiniert, für eine kraftvolle und schnelle Zerspanung von Titanteilen ausgelegt ist, eine bedienerfreundliche 5-Achsen-Technologie bietet und nicht zuletzt mit der Zuverlässigkeit arbeitet, für die Makino bekannt ist. Bei der Konzeption der D500 haben die Entwickler sich ganz besonders von den technologischen Forderungen des Marktes leiten lassen.

Wie geht ein Werkzeugmaschinenhersteller bei der Entwicklung eines völlig neuen 5-achsigen Bearbeitungszentrums vor? Makino analysierte systematisch 216 unterschiedliche Strukturvarianten für 5-Achsen-Maschinen, um das ideale Konzept zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Markt eine bedienerfreundliche Kombination aus Geschwindigkeit und Präzision bevorzugt, die eine einfache Automatisierung mit einem automatischen Palettenwechsler und einem flexiblen Fertigungssystem gewährleisten soll. Mit genau diesen Kundenanforderungen entwickelte Makino die D500.

Die Maschine entstand auf der Basis der Erkenntnisse und Erfahrungen mit der erfolgreichen V-Serie. Die D500 verfügt über die hohe, von der V-Serie her bekannte Steifigkeit; darüber hinaus sind die Linearführungen der X-, Y- und Z-Achse als Rollenlager ausgeführt. Der beidseitig gelagerte Schwenktisch ist extrem steif, so dass Verwindungen und Toleranzen am Werkstück minimiert werden.

Zielmärkte

Die D500 richtet sich an die Luftfahrtindustrie, Lohnfertiger aus dem Premiumsegment sowie Werkzeug- und Formenbauer. Zielkunden in der Luftfahrtbranche sind vornehmlich Hersteller von Triebwerkskomponenten wie Blisks, Impellern und Schaufeln mit Durchmessern von 200-500 mm. Zielkunden unter den Premium-Lohnfertigern sind Hersteller geometrisch komplexer Teile und Prototypen für die Medizin-, Photonen- und Halbleitertechnik. Im Formenbau betreffen die Anwendungen in erster Line Indexbearbeitungen (2- und 3-achsig) mit besonderer Ausrichtung auf Kernbohrungen / Kavitäten sowie simultane 5-Achsen-Bearbeitungen mit hohen Beschleunigungen und Genauigkeiten selbst bei schweren Werkstücken.

Vorteile in der Anwendung

Kunden in der Luftfahrtzulieferindustrie profitieren von den verringerten Bearbeitungszeiten für Schaufeln aufgrund der guten Beschleunigungs- und Abbremsleistungen des Drehtisches. Besonders bei der Bearbeitung von Blisks und Impellern ist dies von Nutzen, denn dort ist die Geschwindigkeit an den Umkehrpunkten der Flügelkontur ein entscheidender Faktor.

Lohnfertiger im Premiumsegment haben es mit häufigen Modellwechseln zu tun, mit kurzen Umprogrammierungszeiten, sowie mit vielen Positionier- und Indexvorgängen und zahlreichen manuellen Kontrolloperationen auf der Maschine. Sie benötigen eine Maschine, die eine leicht programmierbare Einzelteilfertigung ermöglicht sowie eine hohe Positioniergenauigkeit, gute Einsehbarkeit für den Bediener und einen leicht zugänglichen Arbeitsraum bietet. Diese Anforderungen erfüllt die D500. Die hohe Positioniergenauigkeit wird durch den kurzen Abstand zwischen dem Schwenkpunkt der A-Achse und der Werkstückposition erzielt. Der Bedienplatz bietet den direkten Blick auf die A-Achse und die weit öffnende Schutztür schafft einen leichten Zugang zum Arbeitsraum. Als zusätzliches Merkmal ist der Palettenwechsler direkt gegenüber dem Bedienplatz vorgesehen, ein Konzept, bei dem selbst im Automatikbetrieb eine gute Zugänglichkeit zum Arbeitsraum gewährleistet bleibt.

Last but not least profitieren die Formenbauer davon, dass Unebenheiten an Übergangsstellen bei Indexbearbeitungen auf ein Minimum reduziert werden und schwere Werkstücke bewegt werden können und freuen sich über die kurze Beschleunigung bei simultaner 5-Achsen-Bearbeitung. Außerdem sind beachtliche Verkürzungen bei der Schruppbearbeitung, längere Werkzeugstandzeiten und verbesserte Oberflächenqualitäten zu erwarten.

Drei Direktantriebe mit extrem hohem Drehmoment.

Herausragendes Merkmal

Technisch gesehen sind das herausragende Merkmal der D500 die drei Direktantriebe mit extrem hohem Drehmoment, einer auf jeder Seite des Sattels (Schwenkachse A) und einer am Drehtisch (C-Achse). Diese Direktantriebe sorgen für hohe Beschleunigungen und Drehzahlen, so dass die A- und C-Achse auch bei maximaler Tischbeladung mit 350 kg voll den linearen X-, Y- und Z-Achsen folgen können. Durch die Anordnung der Direktantriebe an beiden Seiten der Schwenkachse ist es den Entwicklern von Makino gelungen, die Verteilung des Drehmoments zu optimieren und damit Verwindungen auf der Schwenkachse zu verhindern. Die beiden Lagerzapfen des Sattels sind vollständig koaxial konstruiert – ihre geteilte Struktur ermöglicht eine Einstellung bei der Montage, womit die Maschinengenauigkeit wesentlich verbessert wird.

Kühlsystem

Thermische Stabilität

Ein kritischer Punkt für die Genauigkeit einer Maschine ist der Temperaturgang bei langen Bearbeitungen. Makino hat in dieser Hinsicht einige intelligente Lösungen zu bieten. Sowohl die Spindel als auch die Vorschubachsen sind temperaturgeregelt, andere wesentliche Gussbauteile, wie Ständer und Maschinenbett, sind gegen die Umgebungstemperatur isoliert. Außerdem verhindern Makinos einzigartiges Spindelkühlsystem und das um die Direktantriebe zirkulierende Kühlöl einen wärmeinduzierten Genauigkeitsverlust.

Die D500 bietet mehrere Spindelvarianten. Die Standard-Hochleistungsspindel liefert bis zu 14.000 min-1 und ein Drehmoment von 201 Nm. Der Standard-Spindelkonus ist HSK-A63. Als Alternativen stehen zwei Hochgeschwindigkeitsspindeln zur Verfügung: eine Spindel mit 20.000 min-1 HSK-A63) und eine Spindel mit 30.000 min-1 (Standard HSK-F63).

Kompatibel mit dem MMC-Palettensystem

Hoher Automatisierungsgrad

Da die Automatisierung in der Teilefertigung immer entscheidender ist, wurde die D500 so konzipiert, dass sie mit einem Palettenwechsler, Palettenmagazin, Makinos MMC2-Palettensystem und Makinos VIP kompatibel ist. Sogar unterschiedliche Arten von Maschinen können in dieselbe Automationskonfiguration integriert werden. Beispielsweise verwenden die D500 und das horizontale Bearbeitungszentrum a51 von Makino dieselben Paletten, so dass Fertigungssysteme mit diesen beiden Maschinen leicht konfiguriert werden können. So wird eine wirtschaftliche Produktion dadurch erreicht, dass man die für einen bestimmten Auftrag am besten geeignete Maschine auswählt.

Bilder:

Bild1: Makino D500, das neueste vertikale 5-Achsen-Bearbeitungssystem. Der Bediener arbeitet mit direktem Blick auf die A-Achse. Der Höhenunterschied unten an der Schutztür wurde beseitigt, so dass der Bediener einen besseren Zugang zum breiten Arbeitsraum hat. (Bild: MAKINO)

Bild2: Kühlsystem: Die Direktantriebe sind jeweils von einem Kühlmantel umgeben, der für die Beibehaltung der hohen Genauigkeit auch während einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sorgt. (Bild: MAKINO)

Bild3: Die D500 verfügt über drei Direktantriebe mit extrem hohem Drehmoment, einer auf jeder Seite des Sattels (Schwenkachse A), einer am Drehtisch (C-Achse). (Bild: MAKINO)

Bild4: Kompatibel mit dem MMC-Palettensystem: Die D500 und das horizontale Bearbeitungszentrum a51 verwenden dieselben Paletten, so dass Fertigungssysteme aus einem Mix dieser beiden Maschinen leicht zu konfigurieren sind. (Bild: MAKINO)

Autor: Redaktion

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