Genauigkeit von HEDELIUS Bearbeitungszentren

Bei der Erzielung einer bestimmten Werkstückgenauigkeit spielen viele Faktoren zusammen. Da sind zum einen die Maschinen selbst. So haben Bauart, Komponenten und Software Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis. Es sind aber auch viele begleitende Faktoren zu berücksichtigen, vom Standort der Maschine über Messmittel, Spannmittel und Werkzeuge bis hin zur Qualifikation der Mitarbeiter.

Bauart

In der ersten Phase jeder Neuentwicklung eines Bearbeitungszentrums stehen Kriterien wie Stabilität, Genauigkeit, Dynamik, Automatisierbarkeit, Platzbedarf, Transportmaße und Herstellkosten in einem Zielkonflikt und müssen in Abhängigkeit vom geplanten Einsatzgebiet gewichtet werden. Konzipiert als Universalbearbeitungszentren für ein breites Einsatzgebiet im Maschinen- und Werkzeugbau, werden bei HEDELIUS in der Designphase die Aspekte Stabilität und Genauigkeit stärker gewichtet. Als Ergebnis dieses Prozesses entstand die spezielle Bauart der TILTENTA Bearbeitungszentren mit der konstant auskragenden Y-Achse und der daraus resultierenden hohen Steifigkeit und Präzision über den gesamten Verfahrbereich der Y- und Z-Achse. Die Ergebnisse waren so überzeugend, dass auf Basis dieser Bauart auch die kompakten 5-Achs-Bearbeitungszentren der ACURA Baureihe entwickelt wurden.

Messsysteme

HEDELIUS verwendet ausschließlich direkte Längenmessgeräte zur Positionserfassung der X-, Y- und Z-Achse. So umfasst die Positionsregelschleife die komplette Vorschubmechanik. Man spricht von einem Betrieb im „Closed Loop“. Übertragungsfehler der Mechanik können so vom Längenmessgerät an der Vorschubachse erfasst und von der Steuerungselektronik ausgeregelt werden.

Dadurch lässt sich eine Reihe möglicher Fehlerquellen ausschließen:

Positionierfehler aufgrund der Erwärmung der Kugelumlaufspindel
Umkehrfehler
kinematischer Fehler durch Steigungsfehler der Kugelumlaufspindel

Für Maschinen mit hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit und an die Bearbeitungsgeschwindigkeit sind deshalb direkte Längenmessgeräte unerlässlich. Alle HEDELIUS Bearbeitungszentren sind serienmäßig mit direkten Messsystemen ausgestattet.

Baugruppen

Die kritischen Baugruppen wie Fahrständer, Betten und Dreh-Schwenktischeinheiten werden bei HEDELIUS inhouse gefertigt und vermessen. Dadurch haben wir nicht nur stets die Qualität im Blick, sondern erkennen im tagtäglichen Einsatz Möglichkeiten und Grenzen der modernen Zerspanung. Diese Prozesskenntnis fließt permanent in die Verbesserung unserer Produkte und in die Beratung unserer Kunden ein.

Führungen und Geradheit

Die Ausrichtung der Führungsbahnen erfordert besondere Sorgfalt und Erfahrung. HEDELIUS verwendet vorgerichtete Rollenführungen deutscher und schweizer Hersteller. Durch die Feinausrichtung mit optischer Messtechnik werden z. B. die Führungen der Y-Achse einer ACURA 65 mit einer Geradheit von maximal 5 µm montiert. Am Ende der Montage werden die Positioniergenauigkeit, die Wiederholgenauigkeit, die Geradheit und das Umkehrspiel der Linearachsen mittels eines Laserinterferometers abschließend kontrolliert und dokumentiert. So liegen z. B. die Positioniergenauigkeiten der Linearachsen gemäß ISO 230-2 regelmäßig unter 6 µm. Im Rahmen einer Werksführung gewähren wir Ihnen gerne Einblick in die internen Prozesse und Abnahmeprotokolle.

Messsysteme an Rundachsen

Bei 5-Achs-Bearbeitungszentren hat die Genauigkeit der Messsysteme erheblichen Einfluss auf die Winkligkeit und Parallelität von Flächen und Bohrungen. Daher setzt HEDELIUS in den integrierten Rundtischen, den Schwenkspindelantrieben und den Dreh-Schwenktischeinheiten ebenfalls direkte Winkelmessgeber im Zentrum jeder Drehachse ein. Auf Wunsch können wir durch den Einsatz von laserbasierten Winkelmessgeräten die Positioniergenauigkeit von Drehachsen mit einer Auflösung von ±1" messen und die Achsen auf höchste Positioniergenauigkeit kalibrieren. Dadurch lassen sich bereits mit Serienkomponenten Positioniergenauigkeiten von unter ±5" erreichen. Zusätzlich besteht bei einigen Modellen die Möglichkeit, die C-Achsen optional mit Winkelmessgeräten in erhöhter Genauigkeitsklasse auszurüsten, um die Positioniergenauigkeit auf unter ±2,5" zu erhöhen.

Kreisformabweichung

Als schnelle und einfache Prüfmethode für die Genauigkeit von Bearbeitungszentren hat sich der Renishaw-Kreisformtest etabliert. Die Messung gibt innerhalb weniger Minuten Auskunft über das Zusammenspiel zweier Linearachsen und die Genauigkeit einer Kreisbewegung. Die slip-stick-freien Rollenführungen in Kombination mit direkten Wegmesssystemen und hoher Winkelgenauigkeit ermöglichen in den meisten Fällen das Fräsen von Passungen in einer Qualität von IT6, was Fertigungszeiten und Anzahl benötigter Spindelwerkzeuge reduziert. Gerne demonstrieren wir Ihnen im Rahmen einer Vorführung die hohe Kreisformgenauigkeit mit unserem Renishaw-Messgerät.

Spindelkühler und Temperaturkompensation

Zur Abfuhr der in der Frässpindel entstehenden Wärme rüstet HEDELIUS seine Bearbeitungszentren mit Spindelkühlern aus. Durch die Kühlung wird bereits im Standard eine erhöhte thermische Stabilität erreicht. Da durch die Spindelkühlung jedoch nicht die gesamte Wärme abtransportiert werden kann, verbaut HEDELIUS optional Temperatursensoren an Spindel, Fahrständer und teilweise auch an den Rundachsen, um Strukturverlagerungen über die Steuerung zu kompensieren.

Hochdruck-Kühlmittelanalge mit Eintauchkühler

Kühlmitteltemperierung

Um konstante Fertigungsergebnisse zu erzielen, sind konstante Umgebungsbedingungen erforderlich. Zur Erzielung höchster Genauigkeit und reproduzierbarer Ergebnisse ist eine konstante Temperatur des Werkstücks während der Bearbeitung wichtig. Ein Wärmeeintrag in das Werkstück und das Werkzeug kann zu einer Überschreitung der zulässigen Toleranzen und damit zu Ausschuss führen. Die Qualitätsanforderungen an das Werkstück werden dann nicht mehr erfüllt. Eine aktive, geregelte Kühlung des Kühlschmierstoffes wirkt dem Wärmeeintrag in Material und Werkzeug entgegen. Optional können die HEDELIUS Kühlmittelanlagen daher mit einem eingebauten Eintauchkühler zur Temperierung des Kühlschmierstoffes ausgerüstet werden.

3D-Messtaster und Laser

Ein 3D-Messtaster ist aus Gründen der Genauigkeit und Rüstoptimierung aus der heutigen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Das Einsatzgebiet eines 3D-Tasters reicht von der vorbereitenden Messung, wie z. B. der Ermittlung des Aufmaßes, über regelnde Messungen während der Zerspanung, wie etwa dem Nachstellen bei Passungen, bis hin zur überwachenden Messung am Programmende zur Erstellung von Protokollen. Zusätzlich werden heute fast alle Bearbeitungszentren mit einem schaltenden Werkzeugtaster oder einem Laser zur Werkzeugvermessung ausgerüstet.

Einsatzmöglichkeiten sind z. B.:

Messung von Aufmaßen bei schwankenden Rohteilabmessungen, wie z. B. bei Guss- oder Sägeteilen
Feststellung der Werkstückorientierung zur Ermittlung einer Koordinatendrehung
Anpassungen an den Bearbeitungsprozess, z. B. Werkzeugabdrängung, Werkstückverformung und thermische Effekte
Prüfung besonderer Merkmale
Nachverfolgung von Merkmalsabweichungen durch Protokolle
Ermittlung von Werkzeugverschleiß und Werkzeugbruch

Kinematik Messzyklus

Sollen komplexe Teile exakt und mit reproduzierbarer Genauigkeit auch über lange Zeiträume gefertigt werden, muss die Lage der Rundachsen in Bezug zu den Linearachsen regelmäßig geprüft werden. Diese sogenannte „Transformationskette“ ändert sich aufgrund thermischer Einflüsse wie z. B. Witterungseinflüssen oder Prozesseinflüssen permanent und sollte daher regelmäßig kalibriert werden. Durch Software-Optionen wie dem KinematicsOpt-Zyklus bei Heidenhain oder dem Zyklus 996 bei Sinumerik kann diese Kalibrierung vom Maschinenbediener innerhalb weniger Minuten selbst durchgeführt werden.