Schwerzerspanung leicht gemacht
Große Werkstücke in einer Aufspannung bearbeiten
Je größer das Bauteil, desto kleiner die Losgrößen – so könnten die Anforderungen an die Schwerzerspanung in vielen Branchen beschrieben werden. Tatsächlich bedeutet die einfache Gleichung für den Windkraftanlagenbau, die Produktion von großen Nutzfahrzeugen oder den Eisenbahnbau eine besondere Herausforderung. Viele der sehr großen Komponenten werden nicht nur in kleinen Losgrößen produziert. Gleichzeitig wird eine besonders hohe Präzision gefordert. Mehrstufige und unnötig komplizierte Produktionsprozesse stehen diesen Forderungen allerdings entgegen, weil jedes Umspannen des Werkstücks letztlich auch Prozesssicherheit und somit die Bearbeitungsqualität gefährdet. Einen ganz anderen und effizienteren Ansatz für die Schwerzerspanung verfolgen die multifunktionalen VLC-Produktionszentren von EMAG. Selbst Werkstücke mit bis 1.200 Millimetern Durchmesser und 1.500 Kilogramm Gewicht werden in einer Aufspannung und innerhalb einer Maschine vertikal bearbeitet – mehrere spanende Prozessschritte und Automation inklusive.
Die Schwerzerspanung boomt. Große Erfolge des Windkraftanlagenbaus in China und Europa sind dafür genauso verantwortlich wie die zunehmende Produktionsmenge von Nutzfahrzeugen in nahezu allen relevanten Märkten von Südamerika bis Asien. So wurden in Brasilien im ersten Halbjahr 2011 über 12 Prozent mehr Lkws als im Vergleichszeitraum 2010 produziert, so die Außenhandelsexperten von Germany Trade and Invest (GTI). In China verdreifachte sich sogar die Zahl der produzierten Lkws zwischen 2009 und 2010. Und auch der Eisenbahnbau hat in einigen Ländern enorme Wachstumschancen. Zum Beispiel will der russische Staat anlässlich der Fußball-Weltmeisterschaft 2018 über 85 Milliarden Euro in sein Eisenbahnsystem investieren, schätzt GTI.
Was haben diese Branchen mit Blick auf die zum Einsatz kommende Schwerzerspanung gemeinsam? Ob Planententräger für Windkraftanlagen, Bremsscheiben für Nutzfahrzeuge oder Eisenbahnräder – die Herausforderung für die Produktionsplaner ist ähnlich. Die Bauteilqualität muss höchsten Ansprüchen genügen, weil die produzierten Komponenten im späteren Einsatz extremen Belastungen ausgesetzt sind. Eine Windkraftanlage ist zum Beispiel durchschnittlich 120.000 Stunden lang in Betrieb. 20 Jahre lang hält sie den extremen Belastungen durch unstete Winde stand. Zugleich muss ihre Herstellung angesichts der eher kleinen Stückzahlen hoch flexibel erfolgen – die eingesetzen Produktionsanlagen sollten ohne komplizierte Umbaumaßnahmen immer wieder andere Komponenten produzieren können.
Werkstücke bis zu 1,5 Tonnen Gewicht
Dass diese Anforderungen auch im Schwerzerspanungs-Bereich mithilfe eines kompakten Anlagenkonzepts umgesetzt werden können, ist keine Selbstverständlichkeit. Gerade bei der Produktion von großen Werkstücken nutzen viele Unternehmen eher komplex verkettete, mehrstufige Prozesse. Die VLC-Produktionszentren von EMAG setzen hingegen auf einen gänzlich anderen Ansatz. Einerseits beladen sie sich mithilfe einer Pick-up-Spindel selbst, andererseits kommen im Anschluss innerhalb eines Arbeitsraums alle benötigten Zerspanungsprozesse zum Einsatz. Drehen, Bohren, Fräsen, Schleifen, Verzahnfräsen – alles erfolgt in einer Maschine und in einer Werkstück-Aufspannung. Dafür werden die Anlagen mit einer automatischen Drehwerkzeugaufnahme, einer Frässpindel und einem Werkzeugwechsler ausgestattet. Die nur einmal vorgenommene Werkstückspannung sorgt jeweils für eine hohe Maßtreue und eine konstante Oberflächengüte.
"Vertikale" Vorteile
An der Spitze der EMAG-Anlagenreihe für die Schwerzerspanung steht dabei die VLC 1200. Mit der derzeit größten Pick-up-Maschine der Welt können Werkstücke mit bis zu 1.200 Millimeter Durchmesser und 1.500 Kilogramm Gewicht bearbeitet werden. „Trotz dieser enormen Bauteilgrößen weist die Anlage die gleichen Qualitäten auf wie alle vertikalen Pick-up-Maschinen von EMAG“, erklärt Markus Woitsch, Business Unit Manager Application Engineering. Um den Erfolg der VLC-Anlagen in der Schwerzerspanung erklären zu können, ist der Blick auf die Grundkonstruktion der Baureihe besonders wichtig: Die Spindel mit Werkstück hängt vertikal über dem Werkzeug, dadurch fallen die Späne direkt in ein Fördersystem und werden abtransportiert. Ein Wärmeeintrag der Späne in das Werkstück wird auf dieser Weise genauso vermieden wie etwaige Schwierigkeiten mit einer verschmutzen Arbeitsspindel. „Gerade bei einem mannarmen und vollautomatisierten Schwerzerspan-Prozess ist dieses Prinzip ein großer Vorteil“, bestätigt Markus Woitsch. Ein weiterer Erfolgsfaktor in der Schwerzerspanung ist die Qualitätskontrolle. Bereits die Beschaffung der Rohteile ist mit erheblichen Investitionen verbunden. Fehler im Produktionsprozess sind folglich gleichbedeutet mit besonders hohen, unnötigen Kosten. Die Konstrukteure der VLC-Baureihe haben dieses Aufgabenstellung mit einer ausgefeilten Detaillösung beantwortet: Ein Messtaster vermisst und kontrolliert die Werkstücke auch zwischen den Bearbeitungsoperationen. Seine Messgenauigkeit beträgt zwei Mikrometer.
Eindrucksvolle Branchenbeispiele
Welche Vorteile sich für Anwender in unterschiedlichen Branchen ergeben, zeigen diese zwei Beispiele:
- Bei der Herstellung von Komponenten, die für den Antrieb der Kanzel einer Windkraftanlage benötigt werden, setzt ein Hersteller auf die VLC 500 von EMAG. Die Losgrößen liegen bei rund 120 Bauteilen pro Woche. Für die Produktion der sechs verschiedenen Komponenten kommen bis zu zwölf verschiedene Werkzeuge zum Einsatz. „Diese Zahlen zeigen bereits die enorme Flexibilität, die von der Anlage sichergestellt wird. Ohne aufwendige Umbauten werden auf einer Anlage völlig unterschiedliche Bauteile schwerzerspant“, betont Markus Woitsch. „Zugleich gilt gerade im Windkraftanlagenbau, dass eine besondere Bauteilqualität benötigt wird. Diese Qualität können wir mit der VLC-Anlage sicherstellen.“
- Drei Tonnen Gewicht inklusive Spannmittel muss die Spindelnase einer VLC 1200 von EMAG tragen, die bei der Komplettbearbeitung von Eisenbahnrädern und -bremsscheiben zum Einsatz kommt. Ein Kettenmagazin mit 36 Werkzeugen steht dafür zur Verfügung. Hohe Vorschubkräfte in der X- und Z-Achse der Werkstück-Spindel sowie ein maximales Drehmoment von 13.000 Newtonmetern sorgen für kurze Durchlaufzeiten. „Mit diesen enormen Antriebskräften, der integrierten Pick-up-Automation und der intelligenten Kombination verschiedener Anwedungen in einer Aufspannung konnten wir die Durchlaufzeit für ein Los im Vergleich zu vorher eingesetzen Prozessen um bis zu 80 Prozent reduzieren“, so Markus Woitsch.
Kleiner Rüstaufwand - hohe Prozesskontrolle
Auch bei der Produktion von Komponenten für Baumaschinen, Lkws oder Landmaschinen zeigen sich die Vorteile des multifunktionalen Konzeptes, das sich an vielen Stellen im Produktionsprozess auswirkt. Beispielweise reduziert sich im Vergleich zur klassichen Werkstattfertigung mit drei oder vier Maschinen der Rüstaufwand erheblich. „Es ist ein großer Unterschied, ob ich für die Bearbeitung von nur zehn Bauteilen drei Maschinen rüsten muss oder nur noch eine“, erklärt Markus Woitsch.
Ganz entscheidend für den Erfolg der VLC-Baureihe, die von den EMAG-Spezialisten bereits über 100 Mal weltweit installiert wurde, ist ihre modulare Bauweise. Jede Anlage wird auf die speziellen Produktionsanforderungen beim Anwender hin konfiguriert. Die Möglichkeiten sind groß: ein oder zwei eingebaute Werkzeugrevolver, die Integration von Schleif- und Hartbearbeitungs-Prozessen oder die unterschiedliche Leistungsfähigkeit der Komponenten von VLC 500, VLC 800 und VLC 1200. – Die EMAG bietet das umfassendste Spektrum an vertikalen Drehzentren, die das Be- und Entladen, das Messen und multifunktionale Bearbeiten in einer Maschine integrieren.
Mehr Informationen zu Emag:
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Emag Gmbh & Co. KG |
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Austraße 24 |
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73084 Salach |
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Telefon 07162 17-0 |
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Fax 07162 17-199 |
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E-Mail: communications@emag.com |
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www.emag.com |
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