Hochpräzisionsbearbeitungszentrum Kern Micro HD

Die Highlights der Micro HD sind dynamische Achsen, die bei Linear- und auch Rotationsachsen über Direktantriebe bewegt werden, eine hohe Fertigungsgenauigkeit, hydrostatische Führungen in den Linearachsen, die zusammen mit dem wirksamen, einsatzerprobten Temperaturmanagementsystem auch im Langzeitbetrieb die Fertigungsgenauigkeit garantieren und die automatisierte, flexible Einsetzbarkeit der Maschine, bei der auch Schleifoperationen möglich sind.

Maschinenaufbau

Beim Aufbau der Micro HD setzt Kern Microtechnik auf bewährte Baugruppen. Es wird eine konsequente Plattformstrategie umgesetzt, mit vielen Gleichteilen in den Maschinen, was auch im After-sales Vorteile hat, denn dem Service ist dann vieles bekannt, beispielsweise sind alle Nebenaggregate gleich.

Das Maschinenbett und der Trägerblock für die Achsanbindung sind in einem Block aus UHPC (Ultra High Performance Concrete; Betonguss) hergestellt, in dem auch die Führungsschienen für die X-Achse mit eingegossen sind. Auf diesen Führungen läuft das „Herzstück der Maschine“, der Kreuzschlitten mit dem Schlitten für Y-Achse und dem Z-Schlitten mit der Arbeitsspindel.

Kern Microtechnik verwendet für alle Schlitten und Trägereinheiten hochfestes Aluminium, wobei die Hohlkörper und Schlitten, über FEM konstruktiv ausgelegt sind. Mit Verrippungen und belastungsabhängigen Konturversteifungen in den Aluminium-Bauteilen werden die Steifigkeitsanforderungen in den Profilen erfüllt. Die Dreh-, Schwenkeinheit, ein Gussgehäuse, ist über einen Stahl-Aufnahmeblock an dem zentralen Gussblock verschraubt.

Angetrieben werden die rotatorischen Achsen über Torquemotoren. mit dem Schwenkwinkel von optional 290° (–180° bis +110°) in der B-Achse, kann die Maschine ein beeindruckendes Volumen an Werkstückgröße in Bezug auf die Maschinengröße bearbeiten.

Komplettbearbeitung auf der Micro HD bedeutet, auch Schleifoperationen sind auf der Maschine möglich. Ein Koordinatenschleifpaket mit Abrichtspindel, Fluid- und Körperschallsensorik ist integriert, und dazu auch die entsprechenden Zyklen auf der Heidenhain-Steuerung, die in Zusammenarbeit entwickelt wurden. Dazu gehört auch die Prozesssteuerung des Schleifablaufs mit dem Vibrationssensor an der Spindel, der die Abtragsleistung im Schleifprozess steuert. Diese Integration der Schleifoperation bringt der Micro HD nochmals einen signifikanten Produktivitätszuwachs.

Hydrostatische Linearführung

Die Micro HD besticht durch eine außerordentliche Dynamik (zum Beispiel Beschleunigung in Z-Richtung: 20 m/s²). Diese Dynamik erreicht Kern durch drei signifikante, spezifische Baugruppen: Direktantriebe in den Linear- und Rotationsachsen, von Kern entwickelte Mikrospalt-Hydrostatik in den Führungseinheiten der Linearachsen sowie Leichtbauprofile in den Achsbaugruppen.

Durch eine spezielle konstruktive Auslegung der Führungsverhältnisse im Zusammenspiel mit den magnetischen Kräften von den Direktantrieben kann mit hohem Druck (bis 150 bar) und geringem Führungsspalt (<0,01 Millimeter) gefahren werden. Dies bringt höhere Steifigkeiten im System und damit mehr Produktivität im Prozess, denn die Komplettbearbeitung von Werkstücken mit Schrupp- und Schlichtabläufen ist ein Standard auf der Micro HD. Durch den sehr geringen Führungsspalt sind die Linearantriebe energieeffizienter ausgelegt und reduzieren den Energieeintrag um bis zu 80 Prozent. Die Verschleißfreiheit in den Führungsverhältnissen ist auch Garant für eine Genauigkeitsbearbeitung im Langzeitbetrieb.

Temperaturmanagement

Eine konstante Temperatur in allen Baugruppen ist quasi ein Markenzeichen der Kern-Maschinen. Dies wird durch ein komplexes, intelligentes Kühlsystem in allen genauigkeitsrelevanten Bauteilen der Maschine erreicht.

Durch eine vierstufige Achstemperierung werden Wärmeeinflüsse auf das Genauigkeitsverhalten der Maschine eliminiert. Beginnend mit der Wärmeabfuhr in den Primär- und Sekundärteilen der Linearantriebe über die Verhinderung von Wärmeübergang in die Maschinenstruktur bis zur Kühlung der Struktur selbst wird dies erreicht. Mit hohen Kühlmitteldurchflüssen (bis 200 l/min) und konstanter Temperaturführung (20° ± 0,05 K) wird die Kühlung betrieben.

Durch den Einsatz von Aluminium-Baugruppen, mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit stellen sich diese sehr schnell auf die vorgegebene Solltemperatur ein.

Im Hause Kern Microtechnik wird eine Strategie einer durchgängigen Prozessgestaltung verinnerlicht, was auch in der Auslegung des Temperaturmanagement sichtbar ist. Das Vorgehen hierbei ist, im Vorfeld exakt zu analysieren, um dann beherrschte Prozesse zu realisieren, nicht mit komplexen Messalgorithmen dann in Kompensationsabläufe zu fahren.

Mit dieser Vorgehensweise erreicht die Maschine in den Linearachsen eine mittlere Positionsstreubreite Ps von <0,5 Mikrometer, Voraussetzung für eine hochpräzise Fertigung.

Automatisierung

Die Einsatzflexibilität einer Kern-Micro HD lässt sich am enorm breiten einsetzbaren Werkzeugspektrum ablesen. Im ‚Werkzeugkabinett‘ lassen sich 210 Werkzeuge (HSK 40) platzieren.  Die Werkzeuge werden auftragsbezogen auf von Kern patentierten Schnellwechselkassetten zusammengestellt und können dann schnell und leicht von Hand in den Werkzeugschrank eingerastet werden. Wechselbar sind komplette Kassetten mit je acht Werkzeugen. Zusätzlich sind im integrierten Werkzeugkabinett auch 60 Werkstücke zu speichern, die dann vom einem separatem Werkstückwechsler in die Spannung auf der Maschine eingesetzt werden. Beide Wechsler arbeiten parallel auf einem Linearhandling.

Bearbeitung

Beim Maschinencheck wurde auf der Micro HD ein Gehäuse aus hochfestem Stahl 63HRC komplettbearbeitet. Beim Schruppen mit der HSC-Spindel (38.500 U/min) zeigte die Maschine bei einer Schnitttiefe von ap = zwei Millimeter und voller Umschlingung des Fräsers die gute Schruppleistung mit der Arbeitsspindel (15 Kilowatt). Im Finish wurde mit fünfachsiger Simultanbearbeitung die konische Kontur im Außenrundschleifen fertigbearbeitet. Im gesamten Arbeitsprozess konnte die flexible Einsetzbarkeit der Maschine eindrucksvoll präsentiert werden.

Steuerung

Kern setzt als Steuerung nur die TNC 640 von Heidenhain ein. Auf der Steuerung läuft das DCM (Dynamic Collision Monitoring), in dem sich alle relevanten Störkonturen im Arbeitsraum erfassen lassen und die dann in Echtzeit im Arbeitsablauf mitgerechnet werden. Bei Kollisionsgefahr geht die Steuerung auf Alarm. Ein nützliches Tool, was dem Maschinenbediener ein Maß an Sicherheit bietet. Eine BDE-Schnittstelle übergibt individuelle kundenbezogene Maschinen- und Betriebsdaten zur Auswertung. Über ein Kalibrierpaket lässt sich eine Überprüfung und Feinjustierung der Maschine einleiten. Dazu wird ein spezielles Verfahren genutzt mit dem Hexagon X-AX-Laserbar System. Diese volumetrische Präzisionsmessung validiert die momentane Genauigkeit im gesamten Arbeitsraum und gibt dem Kunden eine weitere Absicherung der Hochpräzisionsbearbeitung.

Das Energiesparpaket optimiert den gesamten Energieverbrauch und trägt zur Absicherung der Produktivität bei.

Service/TCO

Im Service ist die Hotline von 7:00 bis 17:00 Uhr erreichbar und wird zu Fachkräften aus Elektrik und Mechanik geschaltet, die gezielt Hilfe leisten. Spätestens 24 Stunden nach Störungsmeldung will Kern Microtechnik mit Ersatzteilen vor Ort sein. Für alle eingehenden Meldungen wird ein Ticket erstellt, unter dem alle folgenden Aktivitäten registriert und im SAP-System archiviert werden. Im System sind Analysen zu diversen Abfragen möglich.

Auf den Maschinen ist der Teleservice verfügbar, um sehr schnell und gezielt eine erste Störungsdiagnose zu machen, auch werden Tools der Augmented- und Virtual Reality genutzt.