Wie Bimatec Genauigkeitsproblemen beim Fräsen begegnet

Beim Fräsen auf einem Fahrständer Fräs- und Bohrcenter wird der Frässchieber in horizontaler Richtung aus seiner Führung herausgefahren, dabei biegt und kippt er sich aufgrund seiner Masse und des Gewichts der aufgenommenen Bearbeitungsköpfe in Abhängigkeit zur Auskragungslänge natürlich und physikalisch durch. Dadurch entsteht ein Winkelfehler am Werkzeug, der zusätzlich durch das Abkippen des Vertikalschlittens der Schiebereinheit verstärkt wird.

Das Abkippen und Durchbiegen führt zu einer Schrägstellung der Werkzeugschneiden in Bezug zu der zu bearbeitenden Fläche, denn die Schneiden des Fräsers stehen nicht mehr rechtwinklig auf der Fräsfläche. Diese Effekte führen zur Beeinflussung der hochpräzisen Bearbeitung (Treppenfräsen) und zu Genauigkeitsproblemen.

Mit DBS steht der horizontale Frässchieber beim Ausfahren immer rechtwinklig zu allen Achsen.

Die dynamische Durchhangkompensation (DBS) ist ein von Bimatec Soraluce patentiertes System, das die Durchbiegung und Kippung des Werkzeugs in jeder Achsstellung kompensiert, sodass eine Geradheit der Schieberachse von 0,03 Millimeter auf einer Ausfahrlänge des RAM von 1.900 Millimeter erreicht wird.

Die Kompensation beinhaltet zwei Schritte: Im ersten Schritt wird die Durchbiegung und Kippung des Schiebers in jeder Position über Ausfahren des Schiebers messtechnisch ermittelt, jeweils auch bezogen auf die eingesetzten Bearbeitungsköpfe. Diese Kompensationswerte werden in der Steuerung der Maschine hinterlegt.

Der zweite Schritt ist die Verstellung der gesamten Schieberbaugruppe, bestehend aus Grundplatten mit den darauf aufgebauten Linearwälzführungen, entgegen der aufgetretenen Durchbiegung und Kippung. Die Verstellung im Mikrometerbereich wird durch einen Motor mit Alpha-Getriebe vollzogen, eingebaut im hinteren Teil des Führungsschlittens, der im µ-Bereich die Grundplatten in positiver und negativer Richtung verschieben kann. Die Positionssollwerte für die Verstellung kommen aus der Steuerung, die Istwerte erfasst ein Messsystem, somit ist die RAM Balance eine weitere NC-Achse an der Maschine.

Der Vorteil ist: Die NC-Achse verstellt µ-genau und der Winkelfehler des Werkzeugs wird kompensiert. Dabei hat jeder Fräskopf seine eigene Kompensationstabelle. Bei Bedarf können auch Kompensationstabellen für besonders schwere Werkzeuge angelegt werden. Das ist einzigartig und kann kein System am Markt.

Die Genauigkeit am Werkstück bleibt in jeder Schieberposition gegeben. Fehler in der gefrästen Kontur, die entstehen würden, wenn man die Durchbiegung nur durch Änderung an der Position des Vertikalschlittens kompensieren würde, treten bei DBS nicht auf. Treten Änderungen im Betrieb auf, beispielsweise durch neue Werkzeuge, Temperatureinflüsse etc. kann dafür eine neue Kompensationstabelle geschrieben werden und diese wird als neue Vorgabe verarbeitet. DBS garantiert höchste Präzision bei der Geradheit, Parallelität und Ebenheit im kompletten Verfahrbereich des Frässchiebers und der Pinole in Verbindung mit der Vertikalachse.

Vertikale RAM Balance kompensiert Torsion an Portalmaschinen

Beim Verfahren der Quer- und Senkrechtachsen bei Portalfräsmaschinen verändert sich die Gewichtsverteilung auf dem Portal und es entstehen Deformationen der Säulen und Winkelfehler am Werkzeug. Je größer die Abmessungen der Maschinen desto größer werden die Fehler.

Die Auswirkung der Einflüsse auf Fehler beim Verfahren ist bei diesen Maschinen noch komplexer als bei Fahrständer Fräs- und Bohrcentern, da die Anzahl der Freiheitsgrade größer ist. Die Einflüsse führen dabei wiederum zu Winkelfehlern am Werkzeug, das heißt das Werkzeug fährt nicht mehr orthogonal auf der Fräsfläche.

Einflüsse sind:

• Durchbiegung des Querträgers beim Verfahren in Y-Richtung
• Kippung (Rollen) der Frässchieberschlittens beim Verfahren in Z-Richtung
• Einfluss beim Ausfahren des Schiebers (W-Achse)
• Kippung der Portalsäulen

Auch hier bietet Bimatec Soraluce einzigartige Lösungen zur Kompensation der physikalischen Einflüsse auf die Bearbeitungsgenauigkeit.

Die Kompensationsmaßnahmen werden in zwei Baugruppen der Maschinen verifiziert. Zum einen wird die Durchbiegung des Querträgers beim Verfahren in Y-Richtung durch eine Vorprofilierung der Führungsbahnauflagen entgegen der Durchbiegung vorgehalten, das heißt beim Fräsen der Auflagen werden diese konvex gefräst.

Zum anderen wird das Kippen/Rollen des Frässchieberschlittens beim Verfahren in Z-Richtung durch eine patentierte, einzigartige Bimatec Soraluce Entwicklung kompensiert, das elektromechanische System Vertical RAM Balance.

Ähnlich der Lösung bei den Fahrständer Fräs- und Bohrcentern wird auch hier eine Führungsebene in ihrer Lage verschoben zur Kompensation der auftretenden Einflüsse. Dabei wird am Frässchieberschlitten die obere Ebene der Linearwälzführungsschuhe, die auf einer beweglichen Platte fixiert sind, feinfühlig im Mikrometerbereich entgegen der auftretenden Kippung verstellt.

Die eingebaute Keilverstellung kann in zwei Ebenen kompensieren, rechts -links und vorn-hinten. Ein Messystem ermittelt die verstellten Werte und gleicht sie mit dem in der Steuerung hinterlegten Kompensationswerten ab. Auch hier geschieht die Regelung über eine zusätzliche NC-Achse. Das System gewährleistet höchste Genauigkeit in der Rechtwinkligkeit der X-Z-Achsen, unabhängig von der Arbeitsposition. Das System ist bisher aktuell an PXG-Maschinen verfügbar.

Bimatec Soraluce bietet seinen Kunden damit einen Vorteil, indem sie die physikalischen Einflüsse beim Verfahren der Achsen auf die Kinematik der Maschinen durch intelligente, eigenentwickelte, elektromechanische Verstellfunktionen eliminiert. Somit sind wichtige Voraussetzungen für eine Genauigkeitsbearbeitung erfüllt.