SW: Hochproduktiv auch im Großen

15.12.2008 - Oliver Hagenlocher

Hochproduktiv auf Mehrspindlern von SW zu fertigen, stand bisher immer in Verbindung mit kleinen und mittelgroßen Werkstücken. Wer Werkstücke mit Kantenlängen über 500 mm 5-achsig bearbeitet, musste sich bislang mit Einspindlern begnügen. Betroffen sind vor allem Lohnfertiger und Zulieferer der Automobilindustrie. Sie wissen die hohe Zuverlässigkeit und die Produktivität von Maschinen aus Waldmössingen zu schätzen. Jetzt schließt SW die Lücke im eigenen Programm. Für großvolumige Bauteile präsentieren die Waldmössinger das Bearbeitungszentrum BA W06-2W.

Innovation als Fortführung des Bewährten
Bei den bisherigen horizontalen Maschinen von SW trägt die Anordnung des Doppel-Schwenkträgers mit zwei Spannbrücken auf Rundachsen wesentlich zur hohen Produktivität bei. Eine Spannbrücke mit zwei oder vier Werkstücken befindet sich im Arbeitsraum. An der anderen Spannbrücke be- und entlädt der Bediener die Werkstücke. Dieses hauptzeitparallele Be- und Entladen minimiert die Nebenzeit, grenzt aber die Größe der spannbaren Werkstücke ein. Die Konturen der Werkstücke müssen sich in den Flugkreis der Schwenk- und Rundachse einfügen. Um größere Werkstücke bearbeiten zu können, wäre die gesamte Anordnung von Doppelschwenkachse und Rundachsen mit Spannbrücken überproportional zu vergrößern.
Wolfgang Armleder, Leiter der Entwicklung bei SW, beschreibt die Forderung an die Entwicklung: „Wir wollten unseren Kunden eine kompakte Maschine bieten. Der Platzbedarf für Maschinen ist zu einem entscheidenden Kriterium in der Beschaffung geworden.“ Reiner Fries, Geschäftsführer bei SW, ergänzt: „Innovation ist kein Selbstzweck, sondern orientiert sich an den Forderungen des Markts. Wir haben deshalb auf Bewährtem aufgebaut und die praxisorientierte Kombination mit innovativen Elementen realisiert.“

Zusätzliche Linearachse schafft den Spagat
Die Spezialisten von SW haben so ein besonders geschicktes Konzept entwickelt. Wesentliche Bauteile und Komponenten haben sie von der bewährten und hochdynamischen BA W06-Baureihe übernommen. Als innovatives Element ist die BA W06-2W zusätzlich mit einer der Z-Achse entgegen gerichteten W-Achse ausgestattet. Diese Zusatzachse mit 1000 mm Hub ermöglicht den Transfer der Werkstücke vom Belade- in den dadurch erweiterten Arbeitsraum. In diese Zusatzachse ist ein Einzel-Schwenkträger zur Aufnahme einer Spannbrücke für 4-achsig zu bearbeitende Werkstücke integriert. Der Schwenkträger nimmt bis zu 750 kg schwere Vorrichtungen und Werkstücke auf. Entsprechend dem Baukastenprinzip der BA W06-Baureihe kann eine Planetenspannbrücke mit zwei weiteren Rundachsen zur 5-achsigen Bearbeitung der Werkstücke eingesetzt werden. Dieses Konzept hat zahlreiche Vorteile. Dazu berichtet Armleder: „Eine Einfach-Schwenkachse mit Spannbrücke schafft bei gleicher Maschinenaußenkontur wesentlich größere Flugkreise zum Schwenken der aufgespannten Bauteile. Das ist das bestechende Merkmal dieses Konzeptes. Bei gleicher Baugröße in den Abmessungen der gesamten Maschine erschließen wir einen wesentlich größeren Arbeitsraum. Damit kann die BA W06-2W große Werkstücke in einem Schwenkkreis von 800 mm problemlos bearbeiten.“

Bearbeitungsspektrum erweitert
Der Einsatz der W-Achse erschließt weitere Vorteile. Sie erweitert den Arbeitsraum in Z-Richtung um 225 mm. Damit können Werkzeuge bis 550 mm, beispielsweise zum Tieflochbohren, eingesetzt werden. Reiner Fries erläutert, dass sich je nach Anwendung jetzt große Bauteile komplett auf einer Maschine fertigen lassen, ohne Umspannen auf eine Tielflochbohrmaschine. Vor allem betrifft das die anvisierten Automotive-Bauteile, wie Ölwannen und Getriebegehäuse. Fertigungsbetriebe reduzieren erheblich die Durchlaufzeiten. Sie profitieren von niedrigeren Kosten und höherer Flexibilität.

Verkettung einfach und kostengünstig
Zum Be- und Entladen der Maschine fährt die W-Achse innerhalb von 1,2 s auf eine vordere Position aus dem Arbeitsraum heraus. Dabei führt die Linearachse die Schottwand mit, die den Beladeraum vom Arbeitsraum trennt. Verglichen mit anderen Konstruktionen entfallen hier zusätzliche bewegliche Elemente und Antriebe. Das reduziert die Kosten und sorgt für einen zuverlässigen Betrieb. Auf der Be- und Entladeposition können die Werkstücke wahlweise von oben oder von unten entnommen oder aufgelegt werden. Das vereinfacht wesentlich die Verkettung der Maschinen. Werden die Werkstücke auf einer Förderstrecke quer zur Maschine bewegt, hebt sie ein Doppelgreifer in die Spannposition. Von oben kann ein Ladeportal mit Doppelgreifer jeweils zwei Werkstücke entnehmen und wieder auflegen. Auch eine Kombination aus unterer und oberer Werkstückzufuhr ist denkbar. So kommen Rohteile auf der Förderstrecke zur Maschine und werden an drei Seiten bearbeitet. Dann hebt sie das Ladeportal heraus, wendet sie und setzt sie zum Bearbeiten der anderen drei Seiten wieder ein. Die fertig bearbeiteten Werkstücke legt die Maschine nach unten auf den Werkstückablagen der Förderstrecke ab. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Konzept, dass die üblicherweise bei Palettenwechslermaschinen mehrfach benötigten und dadurch kostenintensiven Werkstückspannvorrichtungen entfallen. Die Maschine wechselt allein die Bauteile auf den beiden Vorrichtungen der Spannbrücke. Auf der Förderstrecke reichen einfachste Werkstückablagen. Das reduziert in der produktiven Serienfertigung erheblich den Aufwand und die Kosten für die Beschickung der BA W06-2W. Zudem ist man wesentlich flexibler beim Wechsel auf andere Bauteile oder Varianten in einer Bauteilefamilie.

Lange Bearbeitungszeiten relativieren die Be- und Entladezeiten
Bei  dieser Anordnung entfällt allerdings der bisherige Vorteil der Maschinen von SW – hauptzeitparellel zu be- und entladen. Fries ist auf diesen Einwand vorbereitet: „Sicher wird man diesem Konzept entgegenhalten können, dass wir unsere sprichwörtliche Produktivität aufgeben. Das ist aber nicht der Fall. Bei unseren Untersuchungen an dem vorgesehenen Bauteilespektrum sind wir zu dem Ergebnis gekommen, dass zur Bearbeitung von größeren Bauteilen, wie Ölwannen oder Kupplungsgehäusen, immer fünf bis über zehn Minuten reine Bearbeitungszeit benötigt werden. Die sich addierende Wechselzeit zum Be- und Entladen der Werkstücke hat an der gesamten Zykluszeit nur einen Anteil von wenigen Prozent.

Auf bewährten Komponenten aufbauen
Äußerlich unterscheidet sich die neue BA W06-2W nur unwesentlich von den bewährten Maschinen der BA W06-Baureihe. Das hat gute Gründe. Zuverlässige und ausgereifte Komponenten haben die Spezialisten bei SW beibehalten. Dazu gehört natürlich die rückseitig in den SW-Monoblock eingesetzte Bearbeitungseinheit mit Linearmotoren und zwei getrennt verfahrbaren Z-Achsen für parallele oder serielle Bearbeitung mit Werkzeuglängenkorrektur. Der Verfahrweg beträgt 600 mm in X- und Y-Richtung. Die Motorspindeln sind im Abstand von 600 mm angeordnet und verfahren 500 mm in Z-Richtung. Die Linearmotoren beschleunigen die Achsen mit bis zu 20 m/s2 auf eine Geschwindigkeit von 100 m/min. Die hohe dynamische Steifigkeit erlaubt Ruckwerte von bis zu 1000 m/s3. Damit können auch bei kleinen Fahrprofilen kürzeste Positionierzeiten erreicht werden. Zur Bearbeitung mit großen HSK-63-Werkzeugen stehen je 80 Nm und 35 kW Antriebsleistung zur Verfügung. Die beiden Motorspindeln in Synchrontechnik beschleunigen in nur
0,7 s auf eine Drehzahl von 17.500 min-1. Die Spannbrücke kann zusätzlich mit Rundtischen als fünfte Achse ausgerüstet werden. Auch diese werden direkt mit Torquemotoren angetrieben. Damit können Bauteile in einer Aufspannung an fünf Seiten oder mit Interpolation fünfachsig bearbeitet werden. Für beide Spindeln stehen jeweils 84, als Option 144 Werkzeuge zum Einwechseln im Pick-up-Magazin zur Verfügung. Die Span-zu-Span-Zeit beim Werkzeugwechsel beträgt etwa 2,75 s.