Okuma-5-Achs-Bearbeitungszentrum MU-6300V Laser EX

Die MU-6300V Laser EX ist eine Multitasking-Maschine, in der die Bearbeitungstechnologien Fräsen, Drehen, Auftragschweißen, Härten und Schleifen integriert sind. - Bild: Okuma

| von Edwin Neugebauer

Die MU-6300V Laser EX übernimmt die Vorteile der steifen und genau arbeitenden Basismaschine und kann durch die Laserintegration multifunktional und flexibel eingesetzt werden. Die Okuma-Steuerung mit den Okuma-Prozessoptimierungstools bietet den Kunden einen Mehrwert, mit dem die Produktivität im Einsatz maßgeblich gesteigert wird.

Maschinenaufbau

Ein durchgehendes Bett bildet die Basis der Maschine. Auf diesem sind die Ständereinheit mit der Y- und Z-Achse und davor der Schlitten mit der X-Achse als Träger für den Dreh-Schwenktisch (A-, C-Achse) realisiert. Der Aufbau des Ständers ist in Doppelständerbauweise ausgeführt, was ihm Stabilität bringt.

Steuerung OSP-P300A
Die OSP-P300A ist eine Okuma-Steuerung mit vielen nützlichen Tools zur Prozessoptimierung. - Bild: Okuma

Gleichzeitig ist die Maschine auch für eine dynamische Finish-Bearbeitung geeignet, die sich durch die Konzeption der Linearschlitten verifiziert, die bis zu einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 m/min bewegt werden. Der zweiachsige Dreh-Schwenktisch, ein Eigenbauprodukt, wird in der Schwenkachse über einen speziellen Nockenantrieb beidseitig angetrieben. Sehr vorteilhaft ist der große Schwenkwinkelbereich der A-Achse mit + 90° bis - 120°, was ein höheres Maß an Flexibilität bei der Programmierung im CAM-Prozess ergibt, und auch mehr Effizienz im Arbeitsprozess, da Schwenkzeiten der A-Achse reduziert werden. Ein Torque-Motor treibt die C-Achse, die optional mit bis zu 800 U/min drehen kann.

Das Herzstück der Multitasking-Maschine ist die Hauptspindel mit der angedockten Laser-Einheit, die bei der geprüften Maschine für den Einsatz zum LMD-Verfahren (Laser MetalDeposition) vorbereitet war. Beim LMD erzeugt der Laser auf der Bauteiloberfläche ein Schmelzbad. Durch eine Düse wird automatisiert Metallpulver eingebracht, dabei entstehen miteinander verschweißte Raupen, die Strukturen an bestehenden Grundkörpern generieren oder auch komplette Bauteile entstehen lassen.
Als Laserquelle dient ein Disk Laser aus dem Hause Trumpf. Die Pulverzufuhrdüse mit integrierter Laseroptik ist eine Entwicklung des Fraunhofer ILT. Der Laser sitzt in einer Blechumhausung, die bei Einsatz des Lasers geöffnet wird, damit der Laser-Kopf auf Arbeitsposition vorgeschoben werden kann. Die Arbeitspositionen des Lasers und der Hauptspindel sind so aufeinander abgestimmt, dass keine gegenseitige Beeinflussung bei den Arbeitsbewegungen eintritt.

Arbeitsraum MU-6300V Laser EX
Der Arbeitsraum ist bedienungsseitig gut zugänglich. In den Rotations- und Linearachsen ist die MU-6300V Laser EX steif ausgelegt. - Bild: fertigung

Die Maschine ist in den Bereichen Führungsbahnen, Dreh- Schwenkbewegungen abgedichtet, so dass keine Einflüsse von Stäuben entstehen können. Die Beladung der Maschine, wenn es um einzelne Teile geht, wird von der Bedienseite her durchgeführt. Bei Einsatz von automatisierter Beladung kann die Maschinenverkleidung von der gegenüberliegenden Seite geöffnet werden, und der Beschickungsvorgang kann unabhängig vom Bedienen erfolgen. Da Okuma auch die Arbeitsspindeln für ihre Maschinen selbst baut, kann auf eine Vielfalt an Spindelkonfigurationen zugegriffen werden, was jegliche Kundenanforderungen erfüllen läßt.

LMD-Kopf beim Auftragschweißen
LMD-Kopf beim Auftragschweißen eines hochfesten Werkzeugstahls in einer Kavität. - Bild: fertigung

Okuma gibt für ihre Hauptspindeln eine dreijährige Garantie, schichtunabhängig bei voller Drehzahl, denn die Spindeln sind auf eine Betriebszeit von 20 000 h ausgelegt. Eine für die Kunden vorbildliche Einsatzzeit. Dies wird durch eine hochpräzise Lagerung erreicht, verbunden mit einer auf Vorrat dimensionierten Schmierung und einer speziell angepassten Kühlung der Spindeln.

Alle Hauptbaugruppen der Maschine und vieles Zubehör, wie auch die Steuerungen und Antriebe werden im Hause gefertigt, was Okuma bei der Herstellung ihrer Produkte eine sehr hohe Fertigungstiefe bescheinigt. Bei den Multitasking-Maschinen, wie sie Okuma bezeichnet, sind ein LMD-Prozess, das Laser-Härten von Oberflächen und auch Schleifprozesse integriert.

Prozessgestaltung

Schweißbahnen
Die Schweißbahnen werden konturnah und höhenkonstant aufgetragen. - Bild: fertigung

Das Kombinieren von Auftragschweißen und Fräsen in einer Maschine bedingt eine technologiebezogene Prozessauslegung. Bei der Gestaltung des Laser-Schweißprozesses setzt Okuma eine CAM-Software von Module Works ein, die speziell das Generieren von Schweißbahnen für das fünfachsige Auftragsschweißen unterstützt. Zur Zeit ist man bei der Optimierung der Gesamtprozesszeiten. Dazu wird die erzeugte geschweißte Fläche gescannt und über eine Flächenrückführung im CAD abgebildet (Reverse Engineering) auf der dann eine zeitoptimierte Frässtrategie aufgesetzt wird. Auch die von Okuma angebotene Laser-Fokussierung bringt eine Verbesserung in der Prozessführung bezüglich Schweißbadausprägung.

Bearbeitung und Steuerung

Beim Maschinen-Check wurde beispielhaft die Reparatur einer verschlissenen Gesenkoberfläche gezeigt. Die Prozessschritte dabei sind: Ausfräsen der beschädigten Gesenkbereiche, fünfachsiges LMD und abschließendes zweistufiges Finish-Fräsen auf Sollkontur. Beeindruckend war der vollautomatische, reibungslose Ablauf zweier doch artfremder Technologien auf einer Maschine.

Okuma hat eine eigene Steuerung auf ihren Maschinen, die OSP-P300A. Da Maschine und Steuerung aus einer Hand kommen, sind die Wünsche der Maschinenbedienung, was die Prozessgenerierung, -durchführung und -kontrolle betrifft auf der OSP-P300A optimal realisiert. Alle Funktionen auf dem Steuerungsmonitor können über einen Touchscreen aktiviert werden.

Prozessoptimierungssoftware

Das Know-how, einen produktiven und hochgenauen Prozess zu fahren, hat Okuma. Nicht zuletzt hilft da auch die Kompetenz in der Steuerungstechnik, die es ermöglicht, diese Ansprüche steuerungstechnisch umzusetzen. Dazu sind folgende Prozessoptimierungstools in der Steuerung realisiert: Im Thermo-Friendly Concept (TFC) werden die konstruktive Auslegung von Baugruppen, gemessener Wärmeeintrag im Maschinengestell, Raumtemperaturen, Wärmegänge in der Hauptspindel so miteinander in Bezug gebracht und verrechnet, dass eine hohe Genauigkeit realisiert wird. Das Collision Avoidance System (CAS) ermöglicht einen kompletten Kollisionsschutz bei manuellem und automatischem Betrieb.

LMD-Kopf ist an der Hauptspindel angedockt
Der LMD-Kopf ist an der Hauptspindel angedockt und wird nach dem Einsatz in eine Umhausung eingezogen. - Bild: fertigung

Realisiert wird dies, indem in Echtzeit der IST-Arbeitsablauf gegen das CAD-Modell (STL-Daten) der Maschine und des Arbeitsraums gerechnet wird. Vor der Kollision stoppt die Maschine. Machining Navi erfasst auftretende Schwingungen über einen Sensor im Prozess und gibt dem Bedienpersonal Vorschläge zur Prozessstabilisierung in Form von Drehzahländerungen. Die Maschine kann auch automatisch korrigieren. Im 5-Axis Auto Tuning System können bis zu elf Geometriefehler an der Maschine automatisch überprüft und kompensiert werden. Dies geschieht über ein automatisch ablaufendes Prüfprogramm. Mit der Funktion ServoNavi erkennt die Maschine automatisch Oberflächenfehler, die bei langer Einsatzzeit der Maschine entstehen, und korrigiert diese durch Setzen neuer Parameter in Antrieben.

Service/TCO

Homogen aufgetragene Schweißfläche, Okuma
Die homogen aufgetragene Schweißfläche ermöglicht eine effiziente, zeitsparende Frässtrategie. - Bild: fertigung

In Deutschland werden die Okuma-Maschinen von der Hommel CNC-Technik GmbH vertrieben und auch im Service durch Fachpersonal betreut. Alle Maschinen werden in der Regel direkt zu den Endkunden geliefert. Nur bei Sonderausstattungen werden sie vor Auslieferung bei Okuma Krefeld komplettiert und getestet. Die Serviceeinsätze werden seit 2017 über ein Ticket-System registriert. In diesem kann man immer den aktuellen Stand seiner Maschine internetbasiert abrufen und zu dieser auch Auswertungen machen. Das Ersatzteillager in Krefeld hat ein immens vorhandenes Volumen an diversen Ersatzteilen und verfügbaren, direkt abrufbaren Ersatz-Arbeitsspindeln. nh

Meine Meinung

Mit der Multitasking-Maschine MU-6300V Laser EX hat Okuma für den Prozess, Aufarbeitung von verschlissenen Werkzeugen ein funktionales, praktikables und prozesssicheres Bearbeitungszentrum entwickelt. Der Einsatz eines Lasers in einer 5-Achs-Fräsmaschine mit der Prozessverknüpfung Fräsen-Schweißen ist auch durch die Einhaltung technologiebedingter Randbedingungen hervorragend gelöst. Durch die Kompetenz im Maschinenbau, bei Steuerungen und Prozessoptimierungs-Tools ergibt sich für die Kunden ein Mehrwert bei Produktivität und Langzeitstabilität. Edwin Neugebauer