Wie steigert das Vero-S-Spannsystem die Maschinenauslastung?

Mack-Alusysteme in Klettgau-Geißlingen am südlichen Rand der Bundesrepublik stellt für Kunden aus der Luft- und Raumfahrt, dem Schienenverkehr, der Elektronikindustrie sowie dem Automobil- und Maschinenbau hochpräzise Bauteile her. „Wir fertigen aus Aluminium-Strangpressprofilen oder -Plattenmaterial spezielle, kundenspezifische Premiumprodukte und Konstruktionsteile für sehr hohe Ansprüche“, erläutert Dominik Isele, Fertigungsleiter bei Mack-Alusysteme.

„Unser Portfolio reicht von hochpräzisen Anarbeitungen bis zu Exklusivprodukten von sehr klein bis acht Meter Länge, auf Wunsch auch samt Behandlung der Oberflächen. Für diese individuellen Lösungen nutzen wir unsere hohen technischen Standards sowohl in der Modulfertigung als auch der Baugruppenmontage. Bei uns ist das Hundertstel entscheidend“, bekräftigt Isele.

Der Fertigungsleiter bei Mack-Alusysteme kennt die Alu-Bearbeitung von der Pike auf; er wurde hier ausgebildet und hat sich über die Jahre für die verantwortungsvolle Leitungsposition qualifiziert. „Da, wo andere mit der Präzision aufhören, fangen wir erst an“, beschreibt Isele das Anspruchsniveau bei Mack. „Für unsere internationalen Kunden aus dem Premiumsektor fertigen wir beispielsweise Deko- und Einrichtungselemente für hochpreisige Kabinenausstattungen. Da muss jedes µ perfekt sitzen.

Um das zu erreichen, setzen wir auf einen modernen Maschinenpark in der CNC-Bearbeitung. Wir brauchen erstklassige Top-Performer als Partner und absolut zuverlässige Produktionskomponenten, um die hohen Kundenanforderungen zu erfüllen.“ Zu den Flaggschiffen bei Mack gehört seit einigen Monaten das 5-Achs-Fräszentrum DMU 95 Monoblock PH Cell 300 für das modulare Palettenhandling.

Herz der vollautomatischen Bauteilbearbeitung ist das Nullpunktspannsystem Vero-S von Schunk, das auf der Maschine als Palettenwechseleinheit, als Roboterkupplung und zur Werkstück-Direktspannung dient. Dank der Modularität des Vero-S-Systems und seiner flexiblen Funktionalitäten kann das Nullpunktspannsystem mehrere Aufgaben übernehmen.

Vorrat schaffen und Spannvolumen erhöhen

„Mit der neuen Maschine wollten wir eine Lösung finden, wie man die Paletten flexibel gestalten und viele unterschiedliche Bauteile mit nur einer Vorrichtung abdecken kann“, erläutert Isele die Ausgangssituation. Sie stellte Mack vor mehrere Aufgaben: Die Maschine arbeitet aufgrund der komplexen Geometrie lange an einem Teil. Daher sollten Rohteile so vorgerüstet werden können, dass ein Vorrat an fertig gespannten Teilen entsteht und sukzessive automatisch abgearbeitet werden kann. Mit Paletten, die vorgerüstet im Palettenbahnhof auf die Bearbeitung warten und nach der Bearbeitung hier wieder abgelegt werden, lässt sich die Maschine 24/7 auslasten.

„Maximierung der Spindellaufzeit sowie eine vollautomatische Zu- und Abfuhr der Paletten, das war unser Ziel“, bekräftigt Isele. Mit dem Vero-S-Spannsystem von Schunk hat Mack dieses Ziel erreicht. Und nicht nur das: „Dadurch, dass die Maschine ein 5-Achs-Bearbeitungzentrum ist und großvolumige Alu-Profile von fünf Seiten zu bearbeiten sind, brauchten wir eine Lösung für eine gute Zugänglichkeit zum Bauteil. Hier hat sich die Werkstückdirektspannung WDM-5-X bewährt.“

Störkonturfreie Werkstückdirektspannung

Mit den Spannmodulen WDM-5-X aus dem Vero-S-Baukasten kann der Anwender je nach spezifischem Bedarf Spannsäulen aufbauen und somit eine optimale Werkstückzugänglichkeit während der 5-Seiten-Bearbeitung erreichen. Eine Störkontur wird mit dieser Werkstückdirektspannung vermieden, sodass die Spindel jede Bauteilstelle erreicht. Dieses Säulenspannprinzip ermöglicht es, problemlos auch Durchbrüche über das gesamte Werkstück einzubringen.

WDM-5-X-Basismodule dienen als Fundament zum Aufbau auf der Palette; mit beliebig kombinierbaren Aufbaumodulen in verschiedenen Höhen sind unterschiedliche Bearbeitungshöhen realisierbar. Das zu bearbeitende Werkstück ist durch einen Spannbolzen über die Palette mit der Spannsäule verbunden. Die Betätigung erfolgt medienfrei und manuell mit einem Anzugsdrehmoment von 15 Newtonmetern. Die Befestigungsart hängt vom Werkstückgewicht und dem Zerspanungsvorgang ab, deshalb führt Schunk eine Vielzahl von Bolzenvarianten im Portfolio. Bei Mack kommt der Schwalbenschwanzbolzen zum Einsatz, der mit einer Tiefe von nur 3,5 Millimeter im Rohmaterial störkonturfrei spannt.

„Früher haben wir uns bei der klassischen Schraubstockspannung mit Zwischentischen behelfen müssen, um den nötigen Hub für die 5-Seiten-Bearbeitung hinzubekommen. Das ist jetzt vorbei“, bekräftigt Dominik Isele. „Mit diesem Spannsystem erschlagen wir alle Aufgaben an der Maschine.“ Schunk hatte das WDM-5- X-System dem Fertigungsleiter zunächst für Tests zur Verfügung gestellt. „Unsere Abteilung Sonderkonstruktion befasst sich intensiv mit jeder konkreten Kundenapplikation“, sagt Rainer Storz, technischer Berater stationäre Spannsysteme bei Schunk. „Auf der Basis der kundenseitigen Rahmenbedingungen finden unsere Konstrukteure dank ihres fundierten Wissens und ihrer profunden Applikationserfahrung in gemeinsamer Abstimmung die bestmögliche Lösung. Wir bringen unser komplettes Know-how ein, noch lange vor einem Auftrag“, so Storz. So kommt schließlich ein Vorschlag für ein optimales Endresultat zustande.

Das geschah bei Mack binnen kürzester Zeit, weil der Fertigungsleiter die Aufgaben des Spannsystems genau umreißen konnte. „Was die absolute Überzeugung brachte, dass dieses System passt, war der werkstückseitige Spannbolzen in Schwalbenschwanzausführung“, resümiert Isele. Der Schunk-Schwalbenschwanzbolzen ermöglicht die Direktspannung flacher Werkstücke bei einer Einspanntiefe von nur 3,5 Millimeter. Die Trapezform der Schwalbenschwanzverbindung vergrößert die Kontaktfläche, über die Einspannkräfte aufgenommen werden, wesentlich. Dies ermöglicht eine kleinere Einspanntiefe und eine kraftschlüssige Verbindung. „Das spart Rohmaterial ein.

Außerdem konnten wir unsere bisherigen Rohteile, die mit unterschiedlichen Schraubstöcken gespannt werden, eins zu eins beibehalten und mussten bei der Materialbestellung keine Änderungen vornehmen. Mit der hervorragenden Zugänglichkeit in der Fünf-Seiten-Bearbeitung durch die WDM-5-X-Säulen wurden diese beiden Vorteile zum unschlagbaren Argument für das System.“

Durch den Schwalbenschwanzbolzen ergeben sich neue Möglichkeiten bei der Bearbeitung dünner Werkstücke, Formhälften oder Freiformteile in der zerspanenden Metallbearbeitung sowie im Werkzeug- und Formenbau. Herkömmliche Nullpunktspannbolzen benötigen eine Einschraubtiefe von 20 bis 25 Millimeter – hier sind es nur 3,5 Millimeter. Die erforderliche Schnittstelle lässt sich mit einem Freiformfräser bei minimalem Materialabtrag einfach herstellen. Anschließend wird der Spannbolzen eingesteckt und mittels Sechskantschlüssel über zwei gehärtete Spannschieber verriegelt. Nach der Bearbeitung lässt sich der Spannbolzen wieder entfernen und anderweitig nutzen.

An einem separaten und ergonomisch gestalteten Rüstplatz richtet der Bediener die Paletten mit den WDM-5-X-Modulen und den Rohlingen ein. Bei Mack sind 12 Vero-S-Paletten in der Größe 500 x 500 Millimeter im Einsatz; der Palettenspeicher der DMU 95 Monoblock PH Cell 300 ist für maximal 28 Paletten ausgelegt und individuell mit verschiedenen Fächern und Ebenen gestaltbar. Die Spannplätze auf der Palette erhalten dank einer Rasterung eine eindeutige Kennzeichnung – das ermöglicht verlässlich wiederholbare Aufspannpläne je nach Werkstück. Aufgrund der einfachen Handhabbarkeit der Spannmodule und der exakten Aufspannpläne können auch Nicht-Facharbeiter den manuellen Rüstvorgang übernehmen. Schließlich holt der Roboter die Palette mit den fertig gespannten Werkstücken am Rüstplatz ab und speichert sie im Palettenbahnhof, um sie zu gegebener Zeit der Maschine zuzuführen und nach der Bearbeitung von dort wieder abzuholen.

Prozesssicherheit mit Palettenhandling

Schnittstelle zwischen Werkstückpalette und Roboter ist die Roboterkupplung Vero-S NSR 160. Dank der schlanken Bauweise ist die Palettenbeladung nah am Maschinentisch möglich. Die hohe Einzugskraft am roboterseitigen Spannbolzen erzeugt ein steifes System mit einer hohen Haltekraft auch bei großen Drehmomenten. Das Handling schwerer Paletten wird damit einfach und prozesssicher. Der Spannvorgang des Robotermoduls erfolgt über ein integriertes Federpaket; über einen Axialkolben und eine patentierte Antriebskinematik wird die Federkraft in eine hohe Einzugskraft am Spannbolzen umgewandelt. Die Spannung über zwei Spannschieber ist formschlüssig und selbsthemmend; auch bei Druckabfall bleibt die volle Einzugskraft erhalten; sie lässt sich über eine standardmäßig integrierte Turbo-Funktion noch zusätzlich erhöhen.

Die Verdrehsicherung um die Mittellängsachse erfolgt wahlweise über seitliche Schrägen oder über zwei Zylinderstifte in der Stirnseite. Einführradien am Spannbolzen und am Spannmodul ermöglichen ein schnelles und sicheres Fügen auch bei Neigung und Mittenversatz; auf diese Weise werden Ungenauigkeiten des Roboters ausgeglichen. Das Öffnen des Moduls erfolgt pneumatisch mit sechs bar Systemdruck. Die komplett abgedichteten Module sind rostfrei. Dank der Verwendung einer hochfesten Aluminiumlegierung hat das Vero-S NSR 160 wenig Gewicht zugunsten einer maximalen Zuladung der Palette. Insgesamt sind 300 Kilogramm Transfergewicht – Werkstück und Palette samt Roboterkupplung – möglich.

Der Roboter wechselt die vorgerüstete Palette auf dem Maschinentisch vollautomatisch ein. Bei Mack sind Einzelmodule vom Typ Vero-S NSE3 138 auf dem Maschinentisch installiert. Es ist das derzeit leistungsfähigste pneumatische Nullpunktspannsystem für universelle Fräsbearbeitungen. Der Einzug der Palette erfolgt simultan an den vier Spannbolzen. Nach der Bearbeitung wird die Palette freigegeben, im Palettenbahnhof zwischengespeichert und ein neuer Bearbeitungsjob in Gang gesetzt. Die Steuerung der Automation über das Maschinenbedienpult ist komfortabel und einfach. Dank des Schunk-Dichtkonzepts sind sowohl die Spannmodule als auch die Paletten-Schraubstellen zu jeder Zeit vor hochabrasiven Materialien und Stäuben geschützt.

Fertigungsleiter Dominik Isele ist zufrieden: „Mit diesem Spannsystem macht unsere Maschine, was sie soll: Sie fräst rund um die Uhr.“ Was ihm besonders gefällt: die komplette Durchgängigkeit. „Sowohl bei der Lösungsfindung mit Schunk, bei der Umsetzung der Konstruktion sowie bei dem flexiblen Spannsystem selbst passt alles zusammen. Das ist ein echtes Rundum-Sorglos-Paket für uns und einfach clever gemacht.“

Quelle: Schunk GmbH & Co. KG