02/2011 CIM Magazin, USA 

8 Technologien zur Verbesserung der Produktivität von Bohrwerken

Neue Technologien können zeigen, warum große und hochwertige Bauteile nicht ausgelagert werden müssen.

Bohren, Fräsen, Drehen, Reiben und sogar die Erstellung prismatischer Bauteile ist möglich, wenn das Bohrwerk mit dem entsprechenden Zubehör ausgestattet ist.

Horizontal Boring Mill
Speziell von Fermat hergestellt für die Fertigung der Nabe bei Windkraftanlagen, können diese neuen Kippspindeln das Werkstück winklig bearbeiten, eine Operation, die zuvor bei Horizontalbohrwerken als unmöglich galt

Die Bearbeitung großer Bauteile mit Hilfe eines Bohrwerks ist ein langwieriger Prozess, der normalerweise Stunden dauert. Das heißt jedoch nicht, dass keine Produktionssteigerungstechniken, -prozeduren und -technologien benutzt werden müssen.

Multitaskmaschinenbetrieb kann heutzutage auch bei Bohrwerken durch eine Reihe von Optionen durchgeführt werden. Früher war die einzig typische Frage, bevor in ein Bohrwerk investiert wurde, diejenige nach dem Volumen und Gewicht des größt möglichen Bauteils, das gefertigt werden konnte. Heutzutage müssen jedoch einige Fragen mehr beantwortet werden. 

1. Die Steuerung

Fortschritte der CNC Technologie haben Einfluss auf jeden Prozess der Herstellungslieferkette. Leistungsstärkere Prozessoren haben den Datenfluss verbessert, die Prozesszeit verringert and das Erstellen umfassenderer Programme ermöglicht. 

“Die heutigen CNCs sind so weit fortgeschritten, dass sie die Konstruktion und Fertigung immer genauerer Maschinenwerkzeuge ermöglichen, und Bohrwerke sind dabei keine Ausnahme”, erklärte Tos America Präsident Lee Walker. “Das bedeutet für den Kunden und Bediener, dass das Bohrwerk in seiner Fertigungshalle Bauteile schneller und vor allen Dingen genauer produzieren kann sowie Nachbearbeitung vermieden wird.”

Die CNC Steuerung kontrolliert alle Maschinenachsen und die Peripheriewerkzeuge, wie den Rotationstisch oder Fräskopf. Schnellere und gleichzeitig präzisere Arbeitsbewegungen erlauben heutzutage die Fertigung eines Bauteils in kürzester Zeit.

Ob ein Bauteil zunächst als Halbzeug-, Guss- oder Schmiedeteil vorliegt, es ist inakzeptabel Ausschuss zu produzieren, sobald es auf ein Bohrwerk gesetzt wird.

“Wenn man Stunden an Maschinenzeit in ein Bauteil investiert hat, ist es von entscheidender Wichtigkeit, dass die Bearbeitung korrekt abgeschlossen wird”, sagt Walker.

2. Linearführungen

Linearrollenführungen ermöglichen schnellere Arbeitsbewegungen und benötigen weniger Kraft, um in die richtige Lage der Maschinenachsen positioniert zu werden. Das bedeutet höhere Positionsgenauigkeit bei geringerer Energieeinbringung.

“Die neue Generation der Maschinen beinhaltet Linearführungen, die schwerer und viel präziser sind” sagt Walker. “Das gewährleistet Schnelligkeit, Genauigkeit und Steifigkeit dieser Großmaschinen bei ihren langen Verfahrwegen.”

Es ist nicht nur die Maschinen und ihre Komponenten, die die resultierende Genauigkeit beeinflussen. Ein angemessenes Produktionshallenfundament und wenn möglich sogar ein eigenes Parkett sind nötig. “Ein gut gearbeitetes und stabiles Fundament ist über die Zeit betrachtet wahrscheinlich der Haupteinflussfaktor der Erhaltung der Genauigkeit”, sagt Walker.

3. Rotationstische

Ein Trend bei nordamerikanischen Bohrwerksapplikationen ist die Fertigung großer, komplexer Bauteile, die enge Toleranzbedingungen erfüllen müssen. Ein Rotationstisch ermöglicht dabei die Bearbeitung des Bauteils von mehreren Seiten.

“Wir sehen definitiv eine Nachfrage bei Rotationstischen im Bereich der Großbauteilfertigung”, meint Walker.

Rotationstische bestehen allgemein aus einem Bett, Schlitten und einer Rotationsklemmplatte. Der Rotationstisch ist ebenfalls hydraulisch an mehreren Seiten eingespannt, um unerwünschte Drehungen während des Bearbeitungsprozesses zu verhindern. Bei den Maschinen des  Werkzeugherstellers Fermat ist die Klemmplatte auf einem Kreuzkegelrollenlager gelagert und der Rotationsgeber (-encoder) in der Mitte des Tisches ermöglicht Positionierungen in Einheiten von 0.0001 Grad.

Während es möglich ist die Tische zu wechseln, ist diese Art des Palettenwechsels eher ungebräuchlich.

“Ich werde nicht voraussagen, dass es eine Menge an Bohrwerksoperationen ohne Bediener geben wird, teilweise wegen der hohen Kosten der Bauteile. Wenn ein Problem auftaucht, wie z.B. ein Zusammenstoß während einer nichtbesetzten Schicht, könnte dies ein großes Problem darstellen”, sagt Walker.

4. Automatische Kopfwechsler

Gesteuert durch die CNC Maschine, sind automatische Kopfwechsler (ATCs) sehr gebräuchlich in heutigen Bohrwerken.

“Der Besitz mehrerer, schnell zu wechselnder Köpfe ermöglicht verschiedene Bearbeitungsschritte an einem Bauteil, ohne dass es herum bewegt werden muss”, sagt Walker.

Universell einsetzbare, vollgelenkige und orthogonale Köpfe ermöglichen das Bohren, Fräsen, Reiben als auch Gewindeschneiden des Bohrwerks.

5. Kippspindeln

Neu auf dem Bohrwerksmarkt ist die Kippspindel.

Speziell von Fermat hergestellt für die Fertigung der Nabe bei Windkraftanlagen, können diese neuen Kippspindeln das Werkstück winklig bearbeiten, eine Operation, die zuvor bei Horizontalbohrwerken als unmöglich galt.

Der Aufbau dreier Bohrwerke, genannt Tricell, ermöglicht eine Drei-Seiten-Bearbeitung der Nabe zur gleichen Zeit und mit nur einem Bediener.

“Es ist die Mehrachsensteuerung von CNC Maschinen, die diese Art der Bearbeitung ermöglicht”, erklärt Walker. “Diese Art von Bohrwerken ist ebenfalls mit einem Rotationstisch ausgestattet und wurde speziell für die Fertigung von Windrädernaben konstruiert”.

Die Positionierung der Kippspindel, kombiniert mit der Position des Rotationstisches, ermöglicht die Berarbeitung bei unterschiedlichsten Winkeln. Das bedeutet, dass die Maschine keine zusätzlichen Winkelköpfe mehr benötigt, um diese Arbeit auszuführen.

6. Werkzeuge

Wie bei nahezu jedem Maschinenprozess spielen Schneidewerkzeuge eine große Rolle bei zu erfüllenden Bearbeitung mit einem Borhwerk. Veränderungen in der Schneidewerkzeugtechnologie, wie z.B. neue Beschichtungen, erlauben einen Anstieg der Spindelgeschwindigkeit, da schneller zerspanend abgearbeitet werden kann. Zusätzlich, obwohl sich die Spankontrolle bei diesen großen Maschinen als nicht einfach darstellt, zeichnete sich in der letzten Zeit eine Verbesserung ab. Kleinere Späne werden ausgeworfen, die leichter zu kontrollieren sind.

“Allein durch ihre Bauweise und -art ist die Kontrolle der Späne eine große Herausforderung”, sagt Walker.

Hochdruckkühlmittel, welche in die Spindel integriert werden, können genutzt werden. Es benötigt jedoch Überwachungssysteme, die um die Maschine herum platziert und bei Bedarf wieder entfernt werden können.

“Späneförderer sind sehr beliebt, aber es ist teilweise schwierig die Späne kontrolliert auf den Förderer zu leiten, da dies von der Bearbeitungsrichtung des Bauteils und Werkzeugkopfes abhängt”, erläutert Walker. “Der einfachste Weg die Späne zu kontrollieren ist ein Bediener der Maschine, der sich der Wichtigkeit der Entfernung von Spänen bewusst ist und sich um die Maschine angemessen kümmert”.

7. Maschinensensorik

Unter den richtigen Umständen, bringt Sensorik auf der Maschine viele Vorteile. Dies schließt eine verringerte Ausschussrate und Nachbearbeitung mit ein. Mess- und portable Laserscansysteme erlauben Messungen der Maschine, was die Auslastung des Bohrwerks erhöhen kann.  

“Wenn es notwendig ist, die gesamten Einstellungen wieder zu entfernen, um das Bauteil durch Messungen zu beurteilen, steht die Maschine während dieser Zeit im Leerlauf und wird nicht genutzt”, erklärt Walker.

Messen eines Bauteils auf dem Maschinenbett kann Stillstandzeiten und Genauigkeitsfehler, verursacht durch die Handhabung des Bauteils, verringern. Mögliche Fehler können direkt auf der Maschine ausgeglichen werden.

Viele Bauteile, die mit einem Bohrwerk gefertigt wurden, sind lediglich ein kleines Element eines viel größeren Konstrukts. Dadurch können Fertiger keine langen Wege oder Bewegungen der Einzelteile zulassen. Das ist ein Grund, so Walker, warum diese großen und schweren Teile nicht in anderen Märkten sondern lokal produziert werden.

8. Programmierung

“Programmierung und Maschinenoperationen gehen Hand-in-Hand,” sagt Walker. “Ein Zusammenstoß der Maschine dieser Größenordnung kann verheerend sein, darum ist es wichtig, das der Programmierer den Fertigungsprozess genauestens versteht und gegebenenfalls in der Lage ist die Geschwindigkeit, den Vorschub und Werkzeugversatz auszugleichen bzw. zu verändern.”

Während Bohrwerke nicht unbedingt komplizierte Maschinen darstellen, ist es eine große und einzigartige Herausforderung die Größe der Bauteile zu handhaben. "Design for manufacturability" (DFM) bei der Konstruktion für die Bearbeitung auf einer Bohrwerksmaschine ist genauso wichtig wie bei jedem anderen Element der Austattung. 

“Wie die meisten Maschinen heutzutage, geht der Trend hin zu offline programmierten Maschinen, dei denen das Programm mit Hilfe von LAN oder WLAN übermittelt wird”, sagt Walker. “Es gibt immer noch einige, die an der Maschine selbst programmieren, aber der Trend geht hin zu einem eigenen Programmierbüro, bei der lediglich die Feinstjustierung an der Maschine stattfindet”.

Für mehr Informationen, besuchen Sie www.tosamerica.com.

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