Die HCN 5000 ist mit einem 2-fach-Palettenwechsler ausgerüstet. – Bild: Mazak

Die HCN 5000 ist mit einem 2-fach-Palettenwechsler ausgerüstet und hat eine Standfläche von zwölf Quadratmetern. – Bild: Mazak

| von Edwin Neugebauer

Die Stärken der HCN 5000 liegen in einem steifen Maschinenbett- und Fahrständeraufbau, dynamischen Linearachsen, vielfältiger Spindelauswahl, der schnellen, anwenderorientierten Mazatrol-Steuerung sowie den umfangreichen Möglichkeiten der Automatisierung bei Werkstück- und Werkzeugwechsel.

Maschinenaufbau

Das Maschinenbett und die verfahrbare Ständereinheit sind zur Steifigkeitserhöhung verrippt und aus einem Graugusswerkstoff. Das Bett ist im Verfahrbereich (X-Achse) des Ständers als Schrägbett ausgeführt, ähnlich einem Drehmaschinenkonzept, was die Prozesskräfte besser abstützen kann. Die Antriebseinheit mit der Kugelumlaufspindel ist dabei im Schwerpunkt des Ständers angebracht, um größtmögliche Positioniergenauigkeit zu gewährleisten. Am Ständer läuft der Schlitten für die Frässpindel (Y-Achse). Die Z-Achse ist als Verfahrachse rechtwinklig platziert, vor dem Ständer eingebaut und trägt einen drehbaren Tisch (B-Achse). Die komplette Maschine wird durch eine 3-Punktauflage im Fundament verankert.

Alle Linearführungen sind als Rollenführungen ausgeführt, und die Achsantriebe werden konventionell mit Kugelgewindetrieben gefahren. Beim NC-Rundtisch sorgt ein umkehrspielfreies Laufrollengetriebe für Genauigkeit und Lebensdauer, wobei hier auch ein Direktantrieb (Torquemotor) optional verfügbar ist.

Die Z-Achse mit dem aufgebauten Rundschalttisch (B-Achse). – Bild: Mazak
Die Z-Achse mit dem aufgebauten Rundschalttisch (B-Achse), der eine Tragfähigkeit von 1,5 Tonnen hat. – Bild: Mazak

Die Temperaturstabilität und das Temperaturverhalten der Maschine ist Mazak sehr wichtig. Vorrangig werden die Wärmequellen Kugelumlaufspindeln und die Arbeitsspindel gekühlt. Dazu sind die Gewindespindeln hohlgebohrt. An der Hauptspindel sind Spindelstock und vorderes Lager mit einer Mantelkühlung versehen. Zusätzlich sind an verschiedenen Baugruppen der Maschine Thermofühler installiert, die in der Steuerung Kompensationswerte für die Verfahrachsen generieren. Die hohe Bearbeitungsgenauigkeit wird auch durch die direkt am Kugelgewindetrieb angeflanschten Antriebe gewährleistet.

Im Hause Mazak liegt die Eigenfertigungstiefe bei mehr als 80 Prozent. Arbeitsspindeln, Rundtische, Kugelgewindetriebe, Revolver, Werkzeug- und Werkstückmagazine kommen aus der eigenen Fertigung.

Ein 6-fach-Palettenwechsler zur Steigerung der Vielseitigkeit. – Bild: Mazak
Ein sechsfach-Palettenwechsler zur Steigerung der Vielseitigkeit und Einsatz im mannlosen Betrieb. – Bild: Mazak

Automatisierung

Die Realisierung einer automatisch durchorganisierten Fertigung im mannlosen Betrieb ist eine wichtige Zielstellung bei Mazak. Daher ist die Verfügbarkeit und Vernetzung von Automation vorbildlich realisiert. Bei der Werkzeugbereitstellung kann in der Maschine unter verschiedenen Kettenmagazingrößen gewählt werden, oder die Versorgung erfolgt durch ausgelagerte Regalmagazine mit einer Kapazität bis zu 348 Werkzeugen.

Der Palettenwechsler archviert die Paletten. – Bild: Mazak
Der Palettenwechsler archviert die Paletten in bis zu drei Ebenen. – Bild: Mazak

Die Werkstücke werden auf Paletten gespannt in den Arbeitsraum eingebracht. Die Bestückung der Paletten wird in einer Ladestation direkt neben dem Maschinenbedienplatz vorgenommen. In der Regel geschieht dies über eine Mehrfach-Spannvorrichtung. Im Standard sind die Maschinen mit einem zweifach-Palettenwechsler ausgestattet. Die nächst größere Ausbaustufe ist ein sechsfach-Palettenwechsler, direkt maschinenseitig angebaut. In der Palletech Manufacturing Cell können je nach Maschinenmodell in drei Ebenen bis zu 240 Paletten bereitgestellt werden.

Das Palletec-Manufacturing-Cell -System. – Bild: Mazak
Das Palletec-Manufacturing-Cell -System ist modular erweiterbar und kann bis zu 240 Paletten aufnehmen. – Bild: Mazak

Bearbeitung

Das Demonstrationsteil Pumpengehäuse aus einem Aluminiumwerkstoff wurde beim Maschinencheck produziert. Dabei ist durch Trochoidalfräsen mit hoher Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe (vc= 800 m/min, ap= 20 mm) die Pumpentasche in zirka 1,5 Sekunden ausgeschruppt worden. Anschließend wurde beim Finishen der Flächen und beim Bohren die hohe Dynamik der Maschinenachsen eindrucksvoll präsentiert.

Trochoidalfräsen eines Aluminium-Pumpengehäuses. – Bild: Mazak
Trochoidalfräsen eines Aluminium-Pumpengehäuses mit: vc = 800m/min; vf = 385mm/min; ap = 20 mm; ae = 2 mm. – Bild: Mazak

Steuerung

Seit 1981 baut Mazak eigene Steuerungen, und mit der Mazatrol Smooth in den Versionen C, G und X sowie der neuesten Version SmoothAi (Artificial Intelligence) sind dies die verfügbaren CNC-Steuerungen, die alle auf Mitsubishi-Hardware aufbauen, und nach Herstelleraussage die schnellste Steuerung am Markt ist. Die Bedienung der Maschine über den 19-Zoll-Touchscreen ist intuitiv und in der Nutzung wie bei Smartphones.

Der PC läuft auf dem Betriebssystem Windows 10. Bemerkenswert ist, dass Mazak die Menüführung, Layoutaufbau des Monitors und auch Bedienschritte als Standard über Jahre gleichgehalten hat, um dem Kunden den „Mazak-Touch“ zu vermitteln, der eine Vertrautheit mit dem Produkt vermittelt. In jedem der Prozessfelder werden die aktuellen Daten sehr übersichtlich angezeigt.

Die Übernahme von 3D-CAD Daten eines zu bearbeitenden Werkstücks zur Erstellung eines neuen Bearbeitungsprogramms durch wenige Bedienschritte wurde vor Ort sehr eindrucksvoll gezeigt.

Auf der Steuerung bietet Mazak eine Reihe von intelligenten Funktionen an, die Produktivität steigern, Genauigkeiten verbessern, Kollisionen vermeiden, Störungen melden und vorbeugende Wartungen anzeigen. Die Fähigkeit der SmoothAi liegt in ihrer Lernfähigkeit, das heißt, die Steuerung merkt sich einmal programmierte Frässtrategien und bietet bei Generierung eines vergleichbaren neuen Jobs sofort die einmal verwendeten  Zyklen, auch Schnittdaten, wieder an.

Die SmoothAi ( Artificial Intelligence) ist eine lernfähige Steuerung. – Bild: Mazak
Die SmoothAi ( Artificial Intelligence) ist eine lernfähige Steuerung mit diversen Funktionalitäten der Bedienerführung und Produktivitätssteigerung. – Bild: Mazak

Schnittstellen im Industriestandard sind vorhanden und ermöglichen eine Vernetzung mit der Mazatrol-Steuerung. Hier ist Mazak vorbildlich, was die diversen Systeme betrifft, mit der die Maschine verlinkt werden kann.

Bei Vernetzung von mehreren Maschinen (Fertigungszellenstruktur) und zugehörigen Werkzeug- und Werkstückarchiven setzt Mazak einen Steuerungsrechner (Leitrechner) ein. An dieser zentralen Einheit wird die komplette Projektplanung für ein neues Produkt im Fertigungsdurchlauf aufgesetzt. Dieser  Rechner korrespondiert mit allen Maschinensteuerungen zur effizienten Ablaufplanung und -Durchführung der Jobs. Hier kann die Bedienung aktuell jeden Status abrufen und dokumentieren und gegebenenfalls in den Prozess eingreifen und neue Schritte einleiten.

Ein Leitrechner steuert den Produktionsablauf. – Bild: Mazak
Ein Leitrechner steuert den Produktionsablauf in flexiblen Fertigungszellen. – Bild: Mazak

Service/TCO

Die telefonische Erreichbarkeit des Service an jedem Tag der Woche gilt rund um die Uhr (24/7). Dazu kann mit dem Kunden optional vereinbart werden, dass ein Servicetechniker innerhalb 24 Stunden in Deutschland vor Ort ist. Das ist schon vorbildlich. Die lokal erfassten Daten aus den Serviceeinsätzen werden in den jeweiligen Produktionsstätten analysiert und initiieren dort KVP-Maßnahmen. Dies führt im Wesentlichen zu Updates in der Software, weniger zu Änderungen im mechanischen Aufbau der Maschinen.

Meine Meinung

In Aufbau und Ausstattung partizipiert die HCN 5000 von den vielfältig vorhandenen System-Baugruppen im Mazak Portfolio. Ein steifer Maschinenaufbau, gekühlte Komponenten und die Wärmegangskompensation gewährleisten eine Genauigkeitsbearbeitung. Mit der schnellen SmoothAi-Steuerung können jegliche Fertigungsanforderungen bewältigt werden. Das Steuerungslayout ist übersichtlich, und die Jobgenerierung ist schnell und bedienerfreundlich. Bei Vernetzung einzelner Maschinen zu Fertigungszellen werden effiziente Leitrechnerstrukturen eingesetzt. Die Erreichbarkeit im Service-Center ist beispielgebend. Allerdings werden technische Service-Daten aus den Einsätzen im Feld nur über die jeweiligen Produktionsstätten analysiert.

Edwin Neugebauer

Zahlen+Fakten

Maschinendaten HCN 5000
Arbeitsraum (mm) 730 X 730 X 800
Werkstückhöhe max. (mm) 1000
Werkstück Ø max.(mm) 800
Eilgang;X-Y-Z-Achse 60 m/min
B-Achse, Schaltinkrement 1° Position; Option: 0,0001°(Indextisch); 0,0001°( NC-Rundtisch)
max.Tischbelastung 500 kg; Option: 700 kg
Hauptspindel;Drehz./Leistung Standard: 12.000/18.000 U/min, 26 KW;
Spindel-Option 14.000 U/min, 22 KW oder 25.000 U/min, 15 KW (HSK-A63)
Werkzeugaufnahme SK 40
Palettenwechsler 2-fach
Paltenwechsler-Option 6-fach; Palletech-System bis zu 240 Paletten; Einzeltisch Variante
Palettengröße (mm) 500 X 500
Steuerung Mazatrol - SmoothG
Grundfläche, mm 2444 x 4934
Preis ab 293.300 Euro


Auf einen Blick: Horizontales Hochgeschwindigkeits-BAZ HCN 5000 von Mazak

Stärken:

  • langjährige Kompetenz im Fräsen
  • viele Varianten in den Baureihen
  • steifer Maschinenaufbau
  • dynamische Achsen
  • schnelle, CNC-Steuerung
  • bedienerfreundliche Oberfläche
  • schnelle Jobgenerierung
  • Eigenfertigungsanteil > 80 Prozent
  • Kühlung, Kompensation thermischer Zustände
  • umfangreiche Automatisierungstools
  • gute Servicebereitschaft


Schwächen:

  • technische Serviceanalysen nur über die Produktionsstätten

Maschinen-Check Ergebnisse, Punktezahl

maximale
Punktezahl 
erreichte
Punktezahl
Mazak HCN 5000
Maschineninbetriebnahme 25,00 17,50
Zeitaufwand bis Job 1 12,50 5,00
Nachweis Bearbeitungsqualität 2,50 2,50
Achsenvermessung 2,50 2,50
Einweisung Anwender 7,50 7,50
Wartungsfreundlichkeit 100,00 73,50
Zugänglichkeit bei Wartungsarbeiten 25,00 22,50
Zugänglichkeit bei Störungen 35,00 35,00
Hauptspindel-Austauschzeit 15,00 3,00
Austauschzeit-Vorschubkomponenten 15,00 3,00
automatische Überwachungsfunktionen 10,00 10,00
Automatisierung 100,00 100,00
Maschinenstart/Referenzfahren 30,00 30,00
Bedienung/Beschickung 30,00 30,00
Aufwand für Werkstückspannung/Teiletransport 40,00 40,00
Steuerung 50,00 48,00
Steuerung / Komfortfunktionen 30,00 30,00
Kollisionsbetrachtungen 20,00 18,00
Umrüstfreundlichkeit 50,00 48,50
Flexibilität-Spanntisch 25,00 25,00
Einrichteaufwand 15,00 13,50
Mehrfachspannung/Model-mix 10,00 10,00
Service 75,00 67,50
Verfügbarkeit Servicepersonal 30,00 30,00
Ersatzteillager / Anfertigung von Ersatzteilen 22,50 18,00
Teilezeichnungen-Archiv; Internetverfügbarkeit 15,00 15,00
Wartungsverträge 7,50 4,50
TCO 85,00 40,80
Analyse - Kostentreiber vorhanden 34,00 13,60
Bewertung/Zahlen f. Ausfallzeiten/Reparaturzeit 34,00 13,60
KVP-Maschinenlieferant bei Ausfallmeldung 17,00 13,60
Vertragsgestaltung 15,00 9,00
Garantiezeit 5,00 3,00
Zahlungsbedingungen 5,00 4,00
TCO-Prozess fixiert 5,00 2,00
Summe 500,00 404,80


Maschinen-Check Ergebnisse
Maschinenlieferant: Mazak; Maschine: HCN 5000


MASCHINENINBETRIEBNAHME
Zeitaufwand bis zur betriebsbereiten Übergabe Durch die 3 Punkt-Nivellierung der HCN5000 wird ist eine einfache Aufstellung der Maschine möglich; IBN-Dauer i.d.R. ca. 2 Wochen
Nachweis - Bearbeitungsqualität Protokollierete geometrische Abnahme der Maschine vor Ort beim Kunden, z.B. auch durch ein Normteil z.B. NAS-Teil; oder ein Abnahmewerkstück, vorrangig Kundenteil;
Achsenvermessung Geometrie +Achsen: Meßprotolkoll vom Werk (halbe ISO Toleranz-Werte), geometriesche Überprüfung der Maschine b. Aufstellung, optional Laservermessung (bei Verwendung mit Palletech immer Laser Vermessung)
Einweisung Anwender Eine Einweisung in die Bedienung der Maschine wird bei der Übergabe vom Service durchgeführt. Optional können Programmierkurse sowie anwendungstechnische Begleitung optional hinzugebucht werden
     
WARTUNGSFREUNDLICHKEIT
Austauschbarkeit von Verschleissteilen Benutzerfreundlich.
Zugänglichkeit bei Störungen Bereiche, zu denen im Rahmen der Maschinenwartung regelmäßiger Zugang erforderlich ist, wie z.B. Hydraulik- und Drucklufteingänge, Schmiermittelbehälter o.ä., sind an zentraler Steller an der Vorderseite der Maschine zusammengefasst
Hauptspindel-Austauschzeit k.A.
Austauschzeit ¬- Vorschubkomponenten k.A.
Automatische Überwachungsfunktionen Thermal Shield - dient zur Regulierung von Wärmeversatz; Performance Spindel - hier werden verschiedene Eigenschaften der Spindel wie z..B. die Temperatur mittels Sensoren überwacht. Maintenance Support - Nützliche Informationen für die Optimierung vorbeugender Wartungen zur Vermeidung unerwarteter Maschinenstillstandszeiten.
     
AUTOMATISIERUNG
Maschinenstart/Referenzfahren Standardmäßig ist die Maschine in der X-,Y- und Z-Achse mit absolut Wegmesssystemen ausgestattet, Referenzfahrten sind somit nicht notwendig. Optional ist das Einfahren der Maschine auch durch ein kundenspezifisch programmierbares Warmlaufprogramm möglich.
Aufwand f. Werkstückspannung Große Auswahl unterschiedlicher Arbeitstische (Schalttisch 1°, NC-Rundtisch und Direktantriebsmotor);nach Kundenwunsch integrierbare Spannsysteme; Hydr.-Spannung der Werkstücke; Verwendung von Nullpunkt-Spannsystemen; Mehrfachspannung möglich
Beschickung/Teiletransport Standardmäßig 2-fach Palettenwechsler, Optional Palletech System, Multi-Pallet-Pool System (MPP), Portalladesystem und Robotersysteme; Einfaches Laden und Entladen schwerer Werkstücke und Spannvorrichtungen mittels eines Krans möglich
     
STEUERUNG
Steuerung/Komfortfunktionen Hohe Bedienerfreundlichkeit durch die Verwendung intelligenter Funktionen; QUICK MAZATROL - Ermöglicht eine einfache Programmierung. Es können Konturdaten basierend auf ein 3D-CAD Modell ermittel werden. Das Mazatrol Programm sowie die Prozessliste und die 3D Werkstückkontur sind miteinander verknüpft, so reduzieren sich Programmierfehler. QUICK EIA - Die Maschinensteuerung analysiert das ISO basierte Programm und gibt automatisch die Werkzeugbahnen aus. Durch Antippen der Werkzeugbahn kann im Programmiermodus schnell an die betreffende Stelle im ISO-Programm gesprungen werden. 3D ASSIST - Importfunktion von 3D-CAD-Daten in ein Mazatrol Programm. Die umständliche Eingabe von Koordinatenwerten entfällt. Eingabefehler und notwendiger Programmieraufwand wird dadurch drastisch reduziert.
Kollisionsbetrachtungen Kolliesionsüberprüfung durch 3D Simulation an der Steuerung. Durch das Safety-Shield werden Maschinenteile, sowie vorher angelegte Spannmittel und Werkstücke geschützt. Die Einrichtung neuer Werkstücke sowie eine automatische Kollisionsbetrachtung während der Bearbeitung ist hauptzeitparallel möglich.
     
UMRÜSTFREUNDLICHKEIT
Flexibilität-Spanntisch variable Anpassung der Spannmittel oder Nullpunktspannsystemen auf der Spannpalette
Einrichteaufwand gute Zugänglichkeit von Bedienseite; Bediener wird durch Steuerung unterstützt, Kollisionsbetrachtung etc.
Mehrfachspannung/Model-mix Model-Mix - Betrieb möglich über Mehrspannung oder Spannwürfel
     
SERVICE
Verfügbarkeit Servicepersonal Die Yamazaki Mazak Deutschland GmbH verfügt über einen kostenlosen 24 Stunden / 7 Tage Telefonservice. Durch eine qualifizierte Beratung am Telefon lassen sich häufig die Störungen beheben. Bundesweit einheitliche Hotline Rufnummer.
Ersatzteillager/Anfertigung von Ersatzteilen European Parts Center im belgischen Leuven. Lagerkapazität 4.600 m² Stellfläche. 97% der Ersatzteilbestellungen werden noch am Tag der Bestellung verschickt. Das Parts Center ist an 365 Tagen im Jahr geöffnet.Selbst für Maschinen die älter als 30 Jahre alt sind, werden dort Ersatzteile bevorratet.
Teilezeichnungen-Archiv; Internetverfügbarkeit Optionaler Online Zugang zur Maschine mit MazaCare 4.0 (cloudbasiertes, kundenspezifisches Service Support-System) möglich. Sämtliche Dokumentationen und Teilelisten sind in elektronischer Form in der Maschinesteuerung vorhanden.
Wartungsverträge IndividuelleWartungsverträge können optional angeboten werden
     
TCO
Analyse Kostentreiber Mazak Maschinen sind qualitativ hochwertig und weisen eine hohe Maschinenverfügbarkeit auf. Durch die Verwendung neuster Steuerungs- und Antriebstechnologien werden Stillstandszeiten drastisch reduziert.
Bewertung/Zahlen für Ausfallzeiten/Reparaturzeiten k.A.
KVP-Maschinenlieferant bei Ausfallmeldung Diese Prozesse werden in den Herstellerwerken regelmäßig durchgeführt
     
VERTRAGSGESTALTUNG
Gewährleistung 12 Monate ohne Schicht- und Laufzeitbegrenzung, optional 18 und 24 Monate gegen Aufpreis möglich
Zahlungsbedingungen 30% nach Erhalt der Auftragsbestätigung, 60% nach Lieferung der Maschine, 10% nach IBN
TCO-Prozess fixiert
     
zusätzlicher Punkt aus Sicht Lieferant
Punkte aus Sicht des Herstellers Roller Gear Cam bei Verwendung eines NC-Rundtisches, Hochgeschwindigkeits-Rundtisch mit Direktmotor (DDM Technologie), Verwendung von Glasfaserkabeln, Kleinste Eingabeinkrement 0,0001 mm, gekühlte Kugelumlaufspindeln,safety Shield, autom. WKZ-Längenvermessung und WKZ-Brucherkennung, Schnittstellen: USB,SD-CARD und Ethernet, standard; PROFIBUS-DPEthernet I/P & CC-Link, optional
     

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