Winkelkopf für Green-Button-Prozesse - Frontwerkzeuge automatisch ein- und auswechseln

Veröffentlicht 01.10.21

Realisierte Vorteile:

  • Komplettbearbeitungen ohne aufwendige Umspannvorgänge
  • Schnelles Rüsten durch automatischen Werkzeugwechsel
  • Hohes Zerspanvolumen dank stabiler Maschinenanbindung
  • Dauerlaufgeeignet
  • Hinweise zu Serviceintervallen mittels Betriebsstundenerfassung

 

Frontwerkzeuge automatisch ein- und auswechseln

Winkelköpfe sind in der Zerspanung von komplexen Bauteilen seit vielen Jahren Stand der Technik. Insbesondere bei der Innenbearbeitung von Gehäusebauteilen in Flugzeugtriebwerken oder stationären Gasturbinen werden Winkelköpfe eingesetzt, weil die Hauptspindel oft nicht ins Innere der Gehäuse eintauchen oder dort schwenken kann. Infolgedessen sind meist zahlreiche verschiedene Werkzeuge zur Fertigung notwendig. Der Wechsel dieser Werkzeuge war bisher ein eher unwirtschaftlicher Prozess. In einem innovativen Projekt entwickelte DMG Mori deshalb gemeinsam mit Benz Werkzeugsysteme einen Winkelkopf zum automatischen Ein- und Auswechseln der Frontwerkzeuge.

 

Anspruchsvolle Werkstücke aus schwer zerspanbaren Materialien wie Titan oder Nickellegierungen verlangen sowohl den Einsatz vieler unterschiedlicher Werkzeuge als auch von Schwesterwerkzeugen aufgrund des hohen Verschleißes. Bis dato geschah der Werkzeugwechsel im Winkelkopf entweder manuell bei angehaltener Maschine - mit entsprechend hohem Einfluss auf die Personalkosten und Stückzeiten - oder durch das automatische Einwechseln kompletter Winkelköpfe, die je Schwesterwerkzeugmitgeführt oder auf Sonderpaletten untergebracht werden. Das resultiert in hohen Investitionen und einer Limitierung des Gesamtsystems. Um diesen kostenintensiven Lösungen zu begegnen, entwickelte der Werkzeugmaschinenhersteller DMG Mori, Bleifeld (www.dmgmori.com), gemeinsam mit der Firma Benz Werkzeugsysteme einen Winkelkopf für seine Serienmaschinen, mit dem sich die Frontwerkzeuge automatisch ein- und auswechseln lassen.

 

Green-Button-Prozess ohne manuelle Eingriffe als Ziel

Geringe Durchlaufzeiten und eine möglichst mannlose Fertigung sind in der Zerspanung gängige Kriterien für eine hohe Wettbewerbsfähigkeit. Das gilt insbesondere im wettbewerbsintensiven Aerospace Sektor. „Die Bearbeitung der Bauteile geschieht in der Branche immer öfter in einem, ‚Green-Button'-Prozess, bei dem manuelle Eingriffe nicht mehr nötig sind", erklärt Michael Kirbach, Leiter des DMG Mori Aerospace Excellence Center in Pfronten. Aus vielzähligen Kundenprojekten sei deshalb auch die Herausforderung bekannt, einen Winkelkopf in diesen Fertigungsprozess effizient einzubinden. ,,Unser Ziel war eine Lösung, bei der lediglich die Frontwerkzeuge in den Winkelkopf automatisch ein- und ausgewechselt werden." Den Bedarf an einer solchen Lösung hätten auch Kunden von DMG Mori in einer Umfrage bestätigt. Der Auslöser für die Realisierung war letztlich ein neues Projekt bei einem führenden Triebwerkhersteller.

 

Technologiekompetenz durch Entwicklungspartnerschaft

In Benz hat DMG Mori einen kompetenten Technologiepartner für die Entwicklung eines Winkelkopfes, der den heutigen Anforderungen gerecht wird, gefunden. Das Unternehmen aus Haslach im Kinzigtal ist einer der weltweit führenden Hersteller und Anbieter von Komponenten und Systemen der Werkzeug -und Maschinentechnik. Schon in der Konzeptphase wurde der süddeutsche Spezialist für Werkzeugsysteme in das Projekt eingebunden, um die Machbarkeit eines Winkelkopfes mit entsprechender Funktionalität zu prüfen. Andreas Motus, Technischer Vertrieb bei Benz, erinnert sich an die Anfrage: ,,Wir hatten die Konstruktion für einen solchen Winkelkopf bereits in der Schublade und auch schon umgesetzt, haben sie aber mangels verfügbarer Maschinenplattformen seinerzeit nicht für Serienmaschinen von DMG Mori weiterentwickelt." Dies habe sich mit dem patentierten Radmagazin des Werkzeugmaschinenherstellers geändert.

Diese Magazintechnik bietet die Möglichkeit, sowohl entsprechend große und schwere Winkelköpfe als auch die Frontwerkzeuge in einem auf den jeweiligen Winkelkopf abgestimmten Halter im Werkzeugrad zu führen. Bei der maschinellen Basis in der Fertigung mittels Winkelkopf handelt es sich im Hause DMG Mori in aller Regel um Bearbeitungszentren der „duoBlock"- oder Portalbaureihen. ,,Meist kommt aufgrund rotationssymmetrischer Gehäusebauteile die Fräs-Dreh-Technik zum Einsatz", ergänzt Kirbach. So umfasse das konkrete Projekt mit dem neuen Winkelkopf zwei „DMC125 FD duoBlock" und eine „DMU 210 FD".

Während der intensiven Zusammenarbeit hat Benz die bestehende Konstruktion nach und nach auf die Serienmaschinen abgestimmt. ,,Zunächst mussten Wechselgewicht und Kippmoment angepasst werden", erklärt Motus. ,,Auch die Zusatzspannelemente haben wir in den Winkelkopf integriert, um Störkonturen an der Maschinenspindel zu minimieren." Der Winkelkopf müsse eine zuverlässige Spannung der Frontwerkzeuge gewährleisten. Das erfordert eine Hydraulikübergabe von der Spindel und wurde von Benz mit speziellen Hydraulikkupplungen umgesetzt. Darüber hinaus hat das Unternehmen einen Weg gefunden, Signale induktiv zu übertragen, statt über separate Stecker.

 

Zusammenspiel aus Werkzeugwechsler, Winkelkopf + Software

Eine große Herausforderung während der Entwicklung waren laut Motus die Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit beim Werkzeugwechsel: ,,Die Toleranzen bei der Fertigung des Winkelkopfes sind folglich sehr niedrig." Entscheidend sei auch das Zusammenspiel von Werkzeugwechsler, Winkelkopf und Software, wie Kirbach hinzufügt: ,,Die Software regelt den Ablauf des Wechselvorgangs sowie die Verwaltung des Winkelkopfes und der Frontwerkzeuge inklusive deren Halter, die nach dem Wechsel im Werkzeugrad verbleiben. "Insbesondere die Kompatibilität zu Serienmaschinen sei ein Vorteil: ,,Anwender können die Lösung in der Maschine zusammen mit einem erprobten Winkelkopfkonzept als Option bestellen und müssen keine aufwendige Sonderlösung konzipieren, die das Gesamtsystem limitiert."

 

Bereits hohes Kundeninteresse an dem innovativen Konzept

Nach Abschluss des Projekts zeigen sich DMG Mori und Benz mehr als zufrieden. Das Ergebnis ist eine Lösung, mit der das Bearbeitungszentrum den Winkelkopf und die Frontwerkzeuge unabhängig voneinander ein- und auszuwechseln sowie im Werkzeugmagazin organisieren kann. Dadurch sind Anwender in der Lage, mit lediglich einem Winkelkopf die komplexen Bauteile mannlos zu fertigen. Erste Kunden haben das Konzept bereits gesehen und hohes Interesse an der Option signalisiert. Vor allem die vertretbare Amortisationsdauer sei überzeugend, urteilt Kirbach.

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