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.
Anspruchsvolle Werkstücke aus schwer zerspanbaren Materialien wie Titan oder Nickellegierungen erfordern dabei sowohl den Einsatz vieler unterschiedlicher Werkzeuge als auch den 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 Schwesterwerkzeug mitgeführt oder auf Sonderpaletten untergebracht wurden. Das resultiert in hohen Investitionen und einer Limitierung des Gesamtsystems.
Um diesen kostenintensiven Lösungen zu begegnen, entwickelte der Werkzeugmaschinenhersteller DMG Mori, Pfronten gemeinsam mit BENZ Tooling einen Winkelkopf für seine Maschinen, mit dem sich die Frontwerkzeuge automatisch ein- und auswechseln lassen.
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.
In BENZ Tooling fand DMG Mori einen kompetenten Technologiepartner für die Entwicklung eines Winkelkopfes, der den aktuellen Anforderungen gerecht wird. 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 Tooling, 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 Tooling 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 Tooling mit speziellen Hydraulikkupplungen umgesetzt. Darüber hinaus hat das Unternehmen einen Weg gefunden, Signale induktiv zu übertragen, statt über separate Stecker.
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."
Nach Abschluss des Projekts zeigen sich DMG Mori und BENZ Tooling mehr als zufrieden. Das Ergebnis ist eine Lösung, mit der das Bearbeitungszentrum den Winkelkopf und die Frontwerkzeuge unabhängig voneinander ein- und auswechseln 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.
Unser Ziel ist es, Sie bei Ihren Aufgaben zu unterstützen. Dank unseres langjährigen Know-Hows und den passenden BENZ Produkten tragen wir dazu bei, Ihre Produktion einfacher und effizienter zu gestalten.
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BENZ Tooling ist einer der weltweit führenden Hersteller und Anbieter von Komponenten und Systemen der Werkzeug- und Maschinentechnik. Das Unternehmen beschäftigt rund 300 Mitarbeitende und ist weltweit in über 30 Ländern vertreten. BENZ ist Teil der Division Measuring and Process Systems von Schenck und gehört zum Dürr-Konzern.
