5-Achsen-Portalfräsmaschine FZU 32 von Zimmermann

Die Vorteile der FZU 32 sind der modular erweiterbare Arbeitsraum, mit dem konstruktiv neu gestalteten U-Aufbau von Seitenständer und Tisch, die thermosymmetrisch und steif eingespannte Portalkinematik, der dynamische auf die Maschine abgestimmte Fräskopf VH 10, die flexibel zu gestaltende Maschinenkonfiguration – komplett auf den Kundenbedarf abgestimmt – der gute Zugang bei Bedienung und Beschickung und die vorbildliche Kundenorientierung im Hause Zimmermann.

Maschinenaufbau

Der Aufbau der Maschine mit allen zugelieferten Baugruppen erfolgt im Werk Neuhausen.

Die Maschine wird als Stahl-Schweißkonstruktion ausgeführt, ist in allen Baugruppen FEM gerechnet und im Bereich des U-Profils bei Tisch und Seitenwänden konstruktiv neugestaltet. Bei Neukonstruktionen ist die Durchführung von Modalanalysen und Simulationen in der Struktur ein Standard bei Zimmermann.

Das bisher durchgehend als Einzelteil geschweißte U-Profil, der Bodenbaugruppe, wird nun in zwei separaten Baugruppen gefertigt. Auf dem Tischsegment mit bearbeiteten Auflageflächen werden die mit Spezialmineralbeton ausgegossenen Seitenwände aufgesetzt und im Tisch verschraubt. Der Vorteil ist eine weniger aufwendige Montage und Ausrichtung, da die Genauigkeiten und die Planparallelität auf den Führungsflächen verbessert ist. Dies führt auch zu genauerem Führungsverhalten beim Verfahren der Traverse.

Dieses Basismodul mit einer Gesamtlänge von zwei Meter kann je nach Kundenwunsch mit Modulen bis auf 4 oder 6 Meter erweitert werden. Die Tischmodule werden an den Trennstellen verklammert, die Seitenwände verschraubt. Auf den beiden Seitenwänden liegt die massive Quertraverse (Portaleinheit) auf und wird in X-Richtung von zwei Zahnstangenantrieben mit einer Eilganggeschwindigkeit von 60 m/min, verschoben. Eine respektable Dynamik, die in allen Linearachsen erreicht wird, und den Zimmermann-Anspruch der dynamischen Maschinenkinematik verifiziert.

Die Portaleinheit ist eine Box-in-Box Konstruktion, das heißt die Bearbeitungseinheit läuft eingespannt in dieser Quertraverse, die als doppelwangige geschlossene Einheit (Box-Portal) ausgelegt ist. Eine Verbesserung der Gesamtsteifigkeit im Kraftfluss bringen dabei die unten an der Traverse angebrachten Rollen-Linearführungen für das Verfahren dieser Einheit (Y-Achse). Da sich durch die Masse der Schieberachse eine Durchbiegung des Portals ergibt, wird dies durch eine konkave Bearbeitung der Führungsauflagen kompensiert. Mit zwei Zahnstangenantrieben wird der Schieberschlitten in Y-Richtung bewegt. Mit der unten liegenden Führung verringert sich der Hebelarm zum TCP (ToolCenterPoint) und begünstigt die Torsionssteife des Gesamtverbunds. Die Schieberachse wird in Z-Richtung auch über zwei Linearführungen im Schlitten eingespannt und mit zwei Zahnstangenantrieben gefahren.

Durch den symmetrischen Aufbau der Portaleinheit ergibt sich eine Thermostabilität, die wesentlich dazu beiträgt, dass eine thermische Verlagerung in der Portalkinematik nicht auftritt und daher auch keine Kühlumfänge im gesamten Maschinenkörper nötig sind.

Auf der FZU 32 wird als Standard ein zweiachsiger Fräskopf, der VH 10, eingesetzt. Die Rotationsachsen in den Fräsköpfen sind bei den Zimmermann-Maschinen ebenfalls sehr dynamisch ausgelegt.

Fräsköpfe

Die Drehachse im Fräskopf VH10 (C-Achse) wird durch einen Torquemotor angetrieben, die Schwenkachse (A-Achse) ebenfalls durch einen Torquemotor mit nachgeschalteter Stirnradgetriebestufe. Beide Achsen erreichen eine Vorschubgeschwindigkeit von 180° pro Sekunde und sind mit direkten Wegmesssystemen ausgerüstet. Beide Achsen können bei stationärem Arbeiten pneumatisch über ein Hema-Klemmsystem umfassend geklemmt werden. Das Know-how dazu liegt im eigenen Fräskopfbau im Werk Neuhausen.

Auch die Weiterentwicklung von Fräskopftechnik wird hier vorangetrieben, zum Beispiel auch die Entwicklung eines dreiachsigen Fräskopf (M3 ABC), der seine Vorteile speziell bei dynamischen Richtungswechseln des TCP hat. Vorteilhaft bei den Köpfen ist die sich zur Werkzeugspannung hin verjüngende Kontur der Köpfe, die es ermöglicht, in engen Konturen mit weniger Kollisionsproblemen zu arbeiten.

Alle Gehäuse der Zimmermann-Fräsköpfe sind aus einem hochfesten (GJS-600 )Gusswerkstoff, und alle Gehäuse und Spindeln werden von einer Kühlung versorgt. In den Spindeln ist am vorderen Lager ein dreiachsiger Schwingungsaufnehmer eingebaut, der bei Störsituationen/Spindelcrash über ein optoelektronisches Relais die Maschine abschaltet.

In ihrer strategischen Ausrichtung möchte Zimmermann die Einsatzbereiche in der Stahlbearbeitung weiter erschließen, denn Fräsköpfe, die dies realisieren, sind vorhanden wie beispielsweise der VH 30 (74 Kilowatt, 73 Newtonmeter) und VH 60 (93 Kilowatt, 444 Newtonmeter). Die Hochgeschwindigkeitsspindeln sind Zulieferbaugruppen (beispielsweise Fabr. Fischer) und werden exakt nach Kundenbedarf ausgelegt. Dabei ist der Einsatz eines VH-30-Fräskopfes erheblich anwendungsoffener, was Bearbeitungen in verschiedenen Werkstoffen, auch Stahl, betrifft.

Bedienung/Beschickung

Der Zugang zum Arbeitsraum und Aufspanntisch ist durch zwei große Schiebetüren gegeben, über die auch eine Beladung von Werkstück und Spannmittel mit Hebezeug gemacht wird. Bei der Maschine im Check war die Rückfront ebenfalls mit Türen ausgeführt, auch für Bedienung und Beschickung nutzbar. Hier kann dieser Zugang auch zur automatisierten Beladung über ein Palettenwechselsystem dienen.

Die Werkzeugversorgung an der Maschine, auch eine Sonderlösung, ist über zwei Kettenwechsler realisiert, die an beiden Maschinenseiten gegenüber und seitlich versetzt zueinander angeordnet sind, beide mit einer Magazinkapazität von je 36 Werkzeugen ausgelegt. Neben einer Werkzeugwechselstation ist eine Blum-Messeinheit positioniert, die sowohl per Laserabtastung als auch taktil eine Werkzeugschneidenbeurteilung machen kann.

Sonderlösungen

Die geprüfte FZU 32 stellt eine Sonderlösung dar, die für die Bearbeitung von CFK-Werkstücken ausgelegt ist. Der Zerspanprozess wird über eine intensive Kühlmittelspülung gefahren, damit alle Karbonspäne/-stäube komplett im Kühlmittel gebunden und über zwei Späneförderer ausgetragen werden können. Die angeschlossene Kühlmittelreinigung filtert das Schlammvolumen. Gleichzeitig wird der Arbeitsraum durch eine Dunstabsaugung beaufschlagt.

Sonderlösungen sind eine Stärke von Zimmermann, wo sich die gute Kundenorientierung widerspiegelt.

Bearbeitung

Beim Maschinen-Check wurde auf der Maschine ein Zimmermann-Prüfteil gefahren, das als interne Abnahme gilt und mit dem visuell die gefertigten Genauigkeiten und Oberflächen am Werkstück bei jeder Maschine geprüft werden. Die Facettierung in der Oberfläche, auch an Übergängen, war tadellos. Mit einem vierschneidigen Messerkopf wurde bei Volllast an der Arbeitssspindel ein Spanvolumen von 4 l/min erzielt. Mit dem Fräskopf VH30 könnte man dies auf etwa 7,5 l/min erhöhen.

Steuerung

Bei Steuerungen setzt Zimmerman die Heidenhain TNC 7 oder die Siemens Sinumerik One in neuester Ausstattung ein.

Service/TCO

Die Servicezentrale, besetzt mit Fachpersonal, ist von Montag bis Freitag täglich von 7:00 bis 22:00 Uhr besetzt, auch samstags ist die Hotline vier Stunden erreichbar. Das zeigt eine ausgesprochen gute Bereitschaft, auch die Verfügbarkeit beim Kunden von Material und Personal innerhalb von 24 Stunden ist vorbildlich. Das gilt auch für Fräsköpfe, die zum Tausch auf Lager liegen. Für alle Serviceeinsätze wird ein Ticket angelegt, durchverfolgt und dann datenseitig von Hand in ein ERP-System übertragen. Technik-Jourfix und Qualitätsrunden tragen zu allen Maschinen bezüglich Probleme, die beim Kunden aufgefallen sind, zu Verbesserungen, die einfließen müssen, bei.

Zimmermann ist momentan in der Implementierung eines neuen ERP-Service-Moduls zur systematischen, digitalen Erfassung von Daten im Service, wobei der Fachmann vor Ort dann direkten Online-Zugang zur Datenbank hat.

Auswertungen im ERP-System über Baureihen/Baugruppen wurden beim Check nicht dargestellt.