Hydrostatisch genau

Dennis Janitza, Geschäftsführer der Kern Microtechnik GmbH, bringt es auf den Punkt: „Kein manuelles Ausrichten der Werkstücke, nur eine Maschine mit hoher Auslastung, das begeistert Anwender und Controller. Die hoch genaue 5-Achs-Positionierung der Werkstücke, beste hydrostatische Dämpfung und die Antastgenauigkeit von 0,5 µm lassen Werkstücke in nur einer Aufspannung in Schleifmaschinenqualität entstehen. Und hoch genau Fräsen kann die Pyramid Nano auch noch.“

Die hydrostatischen Führungen und Antriebe bilden die Grundlage für Reibungsfreiheit, Verschleißfreiheit und damit höchste Präzision und Stabilität über nahezu unbegrenzte Zeiträume. In Kombination mit höchstauflösenden Glasmaßstäben kann eine Bahngenauigkeit erreicht werden, die der von Exzenterköpfen aus der Schleiftechnologie ebenbürtig ist.

Zubehörpaket „Schleifen“
Durch die Integration und Implementierung der richtigen Hard- und Software findet der Anwender viele Funktionen, die er von seinen traditionellen Schleifbearbeitungszentren kennt.
Da beim Schleifen mit einer geometrisch unbestimmten Schneide gearbeitet wird, kann der im Standard verbaute Werkzeuglaser nicht mit der gleichen Präzision wie beim Fräsen eingesetzt werden. Deshalb wurde eine Ultraschallsensorik in der Werkzeugmaschine integriert. Diese Sensorik wird hauptsächlich für die entsprechenden Anwendungen eingesetzt. Beim Abrichten überprüft sie den Kontakt zwischen Werkzeug und Abrichteinheit und ermöglicht so ein ökonomisches und effizientes Abrichten und Ausfunken der Werkzeuge. Beim Antasten der Werkstücke kann der Kontakt zwischen Schleifwerkzeug und Bauteil im Extremfall mit einer Genauigkeit von weniger als 0,5 µm detektiert und die Nullpunkte entsprechend automatisch angepasst werden.

Auf einen Blick

Pyramid Nano von Kern
Der erfolgreiche Einsatz der Kern Pyramid Nano zum Schleifen basiert auf der hohen Präzision und der Hydrostatik der Fräsmaschine, ergänzt durch ein „Schleifpaket“ aus Abrichteinheit, Ultraschallsensor und Schleifsoftware. Kern KastenDie vierte und fünfte Achse als Werkstückmanipulator minimiert den Einstellaufwand, der in konventionellen Schleifmaschinen sehr viel Zeit beansprucht. Die Bearbeitung in einer Aufspannung ist optimal für Qualität und Kosten.

Kern 2

Die in der NC-Steuerung integrierten Schleif- und Abrichtzyklen ermöglichen einen intuitiven und effizienten Einsatz der neuen Funktionalitäten.

Beim Schruppschleifen überprüft der Sensor, ob das Werkzeug bereits Kontakt zum Werkstück hat und erhöht gegebenenfalls die Vorschübe, falls noch keine Bearbeitung stattfindet. Beim Schlichtschleifen werden die Ausfunkzyklen überwacht und dementsprechend die Bearbeitungszeit optimiert.

Abrichteinheit im Detail
Hier wird entweder mit einem feststehenden Diamanten gearbeitet, der über die oben genannte Ultraschallsensorik überwacht wird, oder es wird eine Abrichtspindel installiert. Diese Spindel wird über die NC-Steuerung angesteuert und hat ebenfalls die Ultraschallsensorik integriert. Durch den einfachen Wechsel der Abrichtwerkzeuge können nahezu alle Schleifwerkzeuge geschärft und in Form gebracht werden.

Es wurden verschiedenste Schleifzyklen realisiert, die es den Maschinenbediener ermöglichen, sein Bearbeitungszentrum für die unterschiedlichsten Schleifaufgaben zu verwenden.

  • Frei definierbarer Pendelhub: Eine aus dem NC-Verbund gelöste programmierbare Pendelbewegung der Z-Achse ermöglicht eine Bearbeitung von Innen- und Außenkonturen im Kreuzschliff. Durch die Verwendung der glasmaßstabsgeregelten Achsen können im Gegensatz zur Exzenterbearbeitung nicht nur runde, sondern auch Freiformkonturen in der X-Y- Ebene bearbeitet werden.
  • Luftschleifzyklen: Befindet sich das Werkzeug nicht im Eingriff, wird die Vorschubgeschwindigkeit automatisch erhöht.
  • Ausfunkzyklen: Die Sensorik erkennt, wann das Ausfunken abgeschlossen ist und beendet den Prozess automatisch.
  • Lochschleifzyklen: Funktionieren analog zu den bekannten Zyklen der Schleifmaschinen.
  • Abrichtzyklen: Vereinfachen und unterstützen die Programmierung der benötigen Abrichtprozeduren.
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Ein Stempel, der mit Hilfe einer freien X-Y Kontur und einem überlagerten Pendelhub hergestellt wurde. Der Kreuzschliff ist deutlich zu erkennen.

Viele Funktionen realisierbar
Nach Aussage von Janitza kann das Kern-Fräszentrum viele Funktionen aus dem Koordinaten-, Rund- und Flachschleifen abbilden. So etwa das Koordinatenschleifen. Besonders interessant ist diese Technologie im Werkzeugbau für Umform- und Schneidewerkzeuge. Oft handelt es sich um Stempel oder Matrizen mit senkrechten Flächen und freien X-Y-Konturen.

Diese Konturen werden zweiachsig programmiert, um dann mit dem Pendelhub der Z-Achse „überlagert“ zu werden. Dadurch wird der für das Koordinatenschleifen charakteristische, quasistochastische Kreuzschliff erzeugt. Durch eine Erhöhung der Werkzeugdrehzahl können auch Innkonturen mit einem Durchmesser < 1 mm bearbeitet werden.

Luftlagertaschen für Anwendungen mit extrem hohen Drehzahlen unterliegen meistens einer extremen Anforderung an die Präzision. Entscheidend ist hierbei zumeist das Tiefenmaß der Luftlagertasche in Bezug auf die Lauffläche. Mit Hilfe der Ultraschallsensorik ist es möglich, vollautomatisch die Position der Lauffläche mit einer Genauigkeit von unter 0,5 µm im Raum zu ermitteln, um im Anschluss in einem wiederholbaren und stabilen Prozess Genauigkeiten am Bauteil in der Größenordnung von ± 0,5 µm zu erzielen.

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Die Abrichtspindel kann mit verschiedensten Abrichtwerkzeugen bestückt und für ein optimales Abrichtergebnis frei im Raum positioniert werden.

Flachschleifen von Führungsbahnen
Durch den Einsatz der Dreh- und Schwenkachsen ist es möglich, Werkstücke so anzustellen, dass Flachschleifbearbeitungen auf der Maschine durchgeführt werden können. Kern setzt diese Technologie auf Ihren eigenen Maschinen ein, um Achsbauteile direkt auf dem Fräs-Schleifzentrum fertigzustellen. Durch den Wegfall des Bearbeitungsgangs „Flachschleifen“ konnten bei gesteigerter Qualität sowohl die Durchlauf- als auch die Bearbeitungszeiten reduziert werden.

Ein weiterer Punkt ist das Fräsen und Schleifen von Hartmetall in einer Aufspannung. Bisher galt das Hartmetalldirektfräsen als unrentabel. Neue Werkzeuge in Verbindung mit der richtigen Maschinentechnologie sowie der geeigneten Frässtrategie haben in den letzten Monaten jedoch gezeigt, dass diese Lösung ökonomisch effizient und produktiv sein kann. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Kombination von Schleif- und Fräsprozessen in einer Aufspannung erzielt. Dabei wird zuerst durch einen „Schruppschleifprozess“ alles überschüssige Material entfernt, ohne dass die kostenintensiven Hartmetallfräswerkzeuge eingesetzt werden müssen. Anschließend wird das Bauteil, wenn nötig in einem 5-Achs-Simultanprozess, durch das neue Hartmetalldirektfräsen fertiggestellt.