WEMAS Werkzeugmaschinen. 5-Achs-Simultanfräsen

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1 WEMAS Werkzeugmaschinen 5-Achs-Simultanfräsen

2 WEMAS VZG 5A 5-Achs-Fräsen im XXL-Format Die Modellreihe VZG 5A wurde für die Werkstücke im XXL-Format entwickelt. Es spielt dabei keine Rolle, ob es sich nur um große Dimensionen der Werkstücke oder große Gewichte handelt. Durch die Gantry-Konstruktion mit den obenliegenden Führungen aller Achsen konnte ein Arbeitsraum mit den maximalen Abmessungen von 5. x. und für Stückgewichte bis zu 8 t/m² geschaffen werden. Da der Arbeitstisch in dem Fundament fest verankert ist und die Bewegungen in allen Achsen mittels verfahrbarer Gantry-Konstruktion realisiert werden, müssen die Werkstücke während der Bearbeitung nicht bewegt werden. Werkstücke und eine gleichbleibende Bearbeitungsdynamik unabhängig von den Fahrstrecken gewährleisten. Die gesamte Grundkonstruktion wurde modular aufgebaut und kann in variablen Arbeitslängen und Arbeitsbreiten geliefert werden. Die Modelle VZG 5A verfügen ebenfalls über eine Komplett-Ausstattung (integrierte Verkleidung, automatischer Werkzeugwechsler, integrierter Späneförderer usw.). Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die genau berechneten Massen der beweglichen Komponenten eine optimale und präzise Abstiung der Maschinenkinematik ermöglichen ohne Rücksicht auf das Gewicht der Foto alphaspirit - Fotolia.com 2 3

3 Maschinenkonzept und Details Das Maschinengrundkonzept basiert auf ausgereifter Gantry-Konstruktion in Hybridbauweise. Dabei verbinden die verwendeten technischen Lösungen eine hohe Maschinendynamik mit größtmöglicher Steifigkeit der Hauptkomponenten. Da die Baureihe VZG mit einer Arbeitsbreite von bis zu 5. geliefert werden kann, spielt insbesondere die Stabilität des Gantry-Querbalkens eine besondere Rolle. Eine weitere Priorität lag auf der robusten und präzisen Führung des Spindelstockes in der Z-Achse. Antriebssystem Antrieb der Y-Achse Der Antrieb der Y-Achse basiert größenabhängig ebenfalls auf dem klassischen Kugelroll- oder hochdynamischen Zahnstangen-System. Kot in der Y-Achse das Zahnstangen-System zum Einsatz, wird die Bewegung hier ebenfalls über eine Tandem-Antriebseinheit mit Drehmomentvorspannung erzeugt. Bei einem Linear-Antrieb wird in der Y-Achse ebenfalls eine maximale Geschwindigkeit von bis zu m/min erreicht. Da bei den großen Dimensionen der beweglichen Teile große Gewichte mit absoluter Präzision über lange Distanzen bewegt werden müssen, kann dies nur durch aufwendige und innovative Antriebssysteme bewältigt werden. Bei kleineren Verfahrwegen koen klassische Kugelroll-Antriebe zum Einsatz in Verbindung mit überdimensionierten Rollen-Linearführungen. Optional bei größeren Verfahrwegen oder erhöhter Maschinendynamik werden doppelte elektronisch vorgespannte Zahnstangen-Antriebe oder hochdynamische Linear-Motoren eingesetzt. Der Einsatz dieser modernen Antriebssysteme ermöglicht den Bau eines spielfreien Antriebssystems. Ferner ermöglichen diese Antriebssysteme die Realisierung einer umkehrspielfreien Interpolationsbewegung sowie automatische Kompensation des entstehenden Verschleißes. Die in diesem Zusaenhang essentiell erhöhte Maschinendynamik ist eine der wesentlichen Faktoren für die höchste Oberflächenqualität der Werkstücke. Gantry-Quersupport Der Quersupport der Achse Y erreicht eine Spannweite von bis zu 5.. Um die mögliche Durchbiegung des Balkens zu eliminieren, wurde die Konstruktion als querverripptes Rohrprofil ausgeführt. Dies ist die einzige Konstruktion, die eine gleichmäßige Steifigkeit in allen Richtungen gewährleistet und mögliche Verformung des Querbalkens eliminiert. Präzise Wegmesssysteme Entsprechend der Maschinendimensionen koen nur direkte Wegmesssysteme zum Einsatz (Glasmaßstäbe Heidenhain). In der X-Achse wird je Antriebsseite ein Glasmaßstab eingesetzt. Die parallele Messung der Verfahrwege auf beiden Seiten ermöglicht die Gantry-Kompensation der X-Achse und somit präzise Bewegung des Schlittens auf dem Portal. Werkzeugwechsler Der integrierte Werkzeugwechsler hat eine Kapazität von 24 Werkzeugen (Option / Werkzeuge). Das Werkzeugmagazin liegt im hinteren Bereich der Maschine außerhalb des Bearbeitungsraumes und ist durch eine automatisch verschließbare Tür optimal geschützt. Die Bestückung des Werkzeugmagazins erfolgt von außen und kann somit Bearbeitungsparallel durchgeführt werden. Die Rüstzeiten der Maschine können dadurch wesentlich verkürzt werden. Gantry-Führung in der X-Achse Bei kleineren Verfahrwegen wird die Achse X über klassische Tandem-Kugelgewindetriebe angetrieben. Selbstverständlich sind beide Antriebe synchronisiert und beide Antriebsseiten verfügen über automatische Gantry-Kompensation. Dieses Antriebskonzept zeichnet sich durch seine Wirtschaftlichkeit aus und ermöglicht maximale Verfahrgeschwindigkeiten bis zu m/min. Bei größeren Verfahrwegen oder erhöhter Maschinendynamik werden moderne ZahnstangenAntriebe eingesetzt, die eine Verfahrgeschwindigkeit von bis zu m/min erreichen. Die Antriebsübertragung in der X-Achse erfolgt in diesem System über Zahnstangen-System und insgesamt vier Antriebsmotoren in zwei Tandem-Antriebseinheiten. Jede Antriebseinheit basiert auf zwei separaten Antriebsmotoren, jeweils mit einem separaten Getriebe. Die Motoren sind elektronisch synchronisiert und werden zusätzlich elektronisch gegen- 4 einander vorgespannt. Die gegenseitige Vorspannung erfolgt lastabhängig über die konstante Überwachung der Drehmomentunterschiede zwischen den Motoren. Je Antriebsseite wird ein Glasmaßstab eingesetzt. Die parallele Messung der Verfahrwege auf beiden Seiten ermöglicht die Gantry-Kompensation der X-Achse und somit präzise Bewegung des Schlittens auf dem Portal. Als höchste Ausbaustufe kann die Baureihe VZG mit Linear-Antrieben ausgestattet werden. Diese Antriebskonfiguration ermöglicht eine weitere Erhöhung der Maschinendynamik (Achsbeschleunigung) und Eilgangsgeschwindigkeiten von bis zu m/min. Arbeitstisch Der Arbeitstisch ist als Guss-Kastenkonstruktion ausgeführt und erlaubt eine Belastbarkeit von bis zu 8. kg/m². Der Tisch ist von den anderen MaschinenKomponenten entkoppelt und separat in dem Maschinenfundament verankert. Die mögliche Verformung durch ungleichmäßige oder punktuelle Überlastung des Tisches wird somit nicht auf die Maschine übertragen und hat keinen Einfluss auf die Bearbeitungspräzision. Tandem-Führung in der Z-Achse Für erhöhte Steifigkeit und eine stabile Führung kot in der Achse Z ebenfalls ein Tandem-Antrieb zum Einsatz. Diese besondere Konstruktion ermöglicht eine kompakte Bauweise des Antriebssystems und erlaubt perfekte syetrische Verteilung der Antriebskräfte. Ist die Maschine mit Linear-Antrieben ausgestattet, erfolgt der Antrieb der Achse Z ebenfalls mittels eines LinearMotors. In dieser Antriebskonfiguration erreicht die Z-Achse eine maximale Verfahrgeschwindigkeit von m/min. 5

4 Innovative Lösungen für optimale Fräsergebnisse 2-Achs-Fräsköpfe Die 2-Achs-Fräsköpfe wurden in Relation zu den Verfahrwegen dimensioniert. Sie sind mit integrierten HF-Spindeln ausgerüstet. Bei kleineren Maschinendimensionen sind die neuentwickelten Gabelköpfe der Firma Franz Kessler in moderner Aluguss-Monostruktur ausgeführt. Bei größeren Modellen oder schwerer Zerspanung koen die Köpfe der Firma Headtec zum Einsatz. Die Schwenk- und Drehbewegung der Köpfe wird über Torque-Präzisionsantriebe realisiert. Die eingesetzten HF-Spindeln wurden modular in den Gabelköpfen integriert. Diese integrierte Bauweise ermöglicht den Spindelwechsel innerhalb von kürzester Zeit. Die ausgewählten Motorspindeln können entsprechend der geplanten Aufgaben konfiguriert werden. Die lieferbare Spindelpalette beinhaltet sowohl leistungsoptimierte und drehmomentstarke Spindel für schwere Zerspanung, als auch hochdynamische und drehzahloptimierte Spindel für leichtere hochdynamische Schlichtaufgaben, bei welchen die Oberflächenqualität im Vordergrund steht. Die Gabelköpfe arbeiten als voll interpolierbare Simultanköpfe, sie können jedoch auch für Positionier- Fräsarbeiten mit fest angestelltem Kopf ( Achsen) verwendet werden, da sie standardmäßig über integrierte radiale hydraulische Achskleungen verfügen. Tandem-Führung in der Z-Achse In der Z-Achse wir die Bewegung mittels der klassischen Kugelrollspindel übertragen. Allerdings kot auch hier ein innovatives Tandem-System zum Einsatz, bestehend aus je einer Kugelrollspindel links und rechts vom Spindelstock. Diese Konstruktion ermöglicht eine syetrische Verteilung der Lasten in der Z-Achse. Der achsensyetrische Aufbau stabilisiert zusätzlich den Spindelstock, erreicht höhere Antriebsdynamik und eliminiert sämtliche Seitenkräfte, die sonst bei einseitiger Anordnung des Antriebs auftreten können. Die Eliminierung der Kippbewegungen des Spindelstocks bei voller freier Länge ist ein weiterer Vorteil dieses Systems. Beide Antriebsseiten verfügen ebenfalls über elektronische Synchronisation und Gantry-Kompensation. Ferner wird der Spindelstock hydraulisch kompensiert. Das Gesamtkonzept des Antriebes ermöglicht eine sehr dynamische Bewegung der Maschine. Unabhängig von den hohen Eilgängen (bis m/min) kann mit dem genannten Antriebskonzept eine Beschleunigung der Achsen bis,4 G erreicht werden. Monokopf Um die maximale Optimierung der Maschinen der VZG-Serie zu erreichen, wurden in der aktuellen Entwicklungsstufe viele individuelle High-Tech-Lösungen verwendet, die einerseits den hohen technischen Standard und Entwicklungsgrad unterstreichen, andererseits dem Anwender messbare technische und wirtschaftliche Vorteile bringen. Insbesondere die Konstruktion des Spindelstockes und der Z-Achse weist eine Vielzahl neuer einmaliger Lösungen auf. Der lastsyetrische Aufbau aller Führungs- und Antriebselemente, sowie deren geschickte Positionierung ergeben ein einmaliges mechanisches Ergebnis mit folgenden Vorteilen: um 34 % erhöhte Steifigkeit um 16 % reduziertes Gewicht Diese Faktoren spielen bei dem Spindelstock eine sehr große Rolle, da nur die Z-Achse bauartbedingt mit zunehmender freier Länge des herausgefahrenen Spindel- stockes sehr viel von der Anfangssteifigkeit verliert. Die anderen marktüblichen Konstruktionen erreichen ihre Steifigkeit nur durch Erhöhung der Spindelstockquerschnitte, somit durch die Erhöhung der bewegten Masse. Diese Lösung ist jedoch mit vielen Nachteilen verbunden, da vorrangig die Maschinendynamik herabgesetzt werden muss. Ferner widerspricht die Erhöhung der Querschnitte dem wichtigsten Wunsch der Maschinenanwender nach schlanker und kompakter Bauweise des Spindelstockes, die maßgeblich für die Bearbeitung der schlanken tiefen Kavitäten von Bedeutung ist. Die Sue der erarbeiteten Lösungen in der VZG-Serie kot der Wunschvorstellung einer Gantry-Konstruktion am weitesten und mit wenigsten Kompromissen entgegen. Sie verbindet hohe Steifigkeit des langen Spindelstockes mit erhöhter Stabilität der Führung und der Antriebe und mit erhöhter Dynamik der gesamten Achse Z. 6 7

5 Optimierung der Maschinenkinematik Ausgereifte Spindeltechnologie für höchste Prozess-Sicherheit Für die Optimierung der Maschinenkinematik koen nicht nur die üblichen Meßverfahren zum Einsatz, sondern auch moderne Optimierungsmethoden, die speziell für die Bedürfnisse der 5-Achs-Interpolation entwickelt wurden. Hierzu zählt nicht nur die räumliche Vermessung der Maschine, sondern auch die umfangreiche Kompensation der geometrischen Fehler. Für die finale Abnahme jeder Maschine kot das Teststück der NC-Gesellschaft zum Einsatz. Diese erfolgreiche Abnahme ist die Grundvoraussetzung für die Freigabe der Maschine zur Auslieferung an Kunden. Bei der Baugruppe Spindel/Kopf handelt es sich um die wichtigste Baukomponente dieser Maschinen. Die Bauart und Qualität des 5-Achs-Kopfes entscheidet maßgebend über die Qualität der 5-Achs-Interpolation und somit direkt über die erreichten Fräsergebnisse, Konturtreue und Genauigkeit der Werkstücke. Bei den Modellen VZG 5A stehen wahlweise verschiedene Spindelvarianten zur Verfügung: u HSK Schwerere und stabile Spindel mit maximaler Drehzahl von 12. / 15., jedoch mit Drehmomentwerten von bis zu 143. Diese Spindelvariante ist die universelle Spindel für alle Einsatzbereiche. Sie verbindet die Kraft und Drehmomente einer klassischen Schruppspindel für Stahl mit der Beschleunigung und Dynamik einer Schlichtspindel für Aluminium und Kunststoffe. HSK 12. HSK 15. HSK Drehmoment () Drehmoment () Drehmoment () Leistung () Leistung () Leistung () Kalibriersoftware (Option) Für optimale Fräsergebnisse müssen alle 5-Achs-Maschinen in regelmäßigen Zeit - abständen kalibriert werden. Die Korrelation zwischen den Linearbewegungen der Maschine und den räumlichen Verschiebungen des Null-Punkts durch das Drehen und Schwenken der Rotationsachsen machen die Kalibrierung unerlässlich. Als Alternative zum zeitintensiven manuellen Vermessen und Korrigieren der einzelnen Achswerte bieten wir ein optionales System zum automatischen Vermessen und Selbst-Kalibrieren der Maschine an. Der Kalibrierzyklus verläuft automatisch und die entsprechenden Korrekturwerte werden selbständig in die Steuerung übernoen. Das Vermessen der Maschine ist in wenigen Minuten erledigt. u HSK 63 Mittelschwere und hochdynamische Spindeln mit einer Drehzahlrange von 15. / 18. /. / 24. /.. Diese Spindeln eignen sich hervorragend für alle Werkstücke, die höchste Qualität der Oberfläche voraussetzen oder auf Grund der langen Fertigungszeiten an hohe Bearbeitungsdynamik gebunden sind. Der Trägerkopf mit integrierter 5-Achs- Mechanik und Bremssystem verfügt über moderne dynamische Torque- Antriebe und zeichnet sich durch das Gesamtgewicht von unter 7 kg aus. HSK 63. Drehmoment () Leistung () 8 9

6 Technische Daten VZG 5A Technische Daten / Dane techniczne VZG - 5A VZG - 5A VZG 25-5A VZG - 5A VZG 525-5A VZG 25-5A VZG 25-5A Tisch / Stół roboczy Aufspannfläche / Powierzchnia robocza 2. x x x x x x 2.5. x 2.5 Aufspannfläche / Powierzchnia robocza 5. x x 3.. x 3. 9 x 28 x 9 x 28 x 12 x 28 x 6.. T-Nuten / Rowki mocujące Max. Werkstückgewicht / Max.ciężar detalu kg/m² 8. Verfahrwege / Przesuwy robocze X-Achse / Oś X Y-Achse / Oś Y Y-Achse / Oś Y (Option) Z-Achse / Oś Z Monokopf Monokopf 3. Abstand Spindelnase - Tisch (vertikal) / Odstęp stół czoło wrzeciona (pionowo) Abstand Spindelnase - Tisch (horizontal) / Odstęp stół czoło wrzeciona (poziomo) Gabelkopf Gabelkopf Gabelkopf Abstand Spindelnase - Tisch (vertikal) / Odstęp stół czoło wrzeciona (pionowo) Abstand Spindelnase - Tisch (horizontal) / Odstęp stół czoło wrzeciona (poziomo) Monokopf / Gabelkopf 5-Achs-Kopf / Głowica 5 - osiowa C-Achse (Drehachse) / Oś C (oś obrotowa) +/- Kleoment Positionieren / Moment zacisku głowicy 3. Spitzenmoment Simultanfräsen / Maks. moment frezowania +/- 5 Kleoment Positionieren / Moment zacisku głowicy 2. Spitzenmoment Simultanfräsen / Maks. moment frezowania 7 A-Achse (Schwenkachse) / Oś A (oś uchylna) Standardzubehör u CNC-Steuerung, Heidenhain High-Speed-Cutting TNC 6 u Handrad HR 5 u Digitale Achsantriebe u Digitaler Spindelantrieb u 2-Achs-Monokopf (5-Achs-Kopf): Torque-Antriebe Spindelkühlung u 2-Achs-Gabelkopf (5-Achs-Kopf) Option: Torque-Antriebe Spindelkühlung u Lineares Wegmesssystem in Achsen X, Y, Z u Direktes Wegmesssystem in Achsen C, A u Späneförderer u Rollen-Linearführungen in allen Achsen u M Power Off automatisches Maschinenausschalten u Kühlkreisläufe: Kabinenspülung Kühlmitteleinrichtung Spindel extern Kühlmitteleinrichtung durch die Spindel (Option) Handspülpistole Arbeitsraum Blasluftpistole Schaltschrank-Kühlung u Datenschnittstellen: RS 232-C / USB / Fast-Ethernet u Spindelkonus einsatzgehärtet u Aufstellelemente und Justierschrauben u Arbeitsraumbeleuchtung u Automatisches Spindelausblasen u Betriebsanleitung und Stromlaufplan u Prograieranleitung u Schutzverkleidung u Bedienerwerkzeug Spindel I / Wrzeciono I Spindelleistung (% / 25% ED) / Moc napędu 35, /42, //, /,, /, 56 / 67 // / 77 / Spindelleistung (% / 25% ED) / Moc napędu 35, /42, // 56, / 7, 56, / 7, 56 / 67 // 89 / / 111 HSK A HSK A Spindel II / Wrzeciono II Spindel III / Wrzeciono III Spindelleistung (% / 25% ED) / Moc napędu 25, /, // 25, /, 25, /, 119 / 143 // 119 / / Spindelleistung (% / 25% ED) / Moc napędu, / 75,, / 75, 38 / / 48 Spindel IV (nur Gabelkopf) / Wrzeciono IV Vorschub / Posuwy X / Y / Z-Achse / Oś X / Y / Z m/min / / / / X / Y / Z-Achse / Oś X / Y / Z m/min / / X / Y / Z-Achse / Oś X / Y / Z (Option) m/min Eilgang / Szybki posuw we wszystkich osiach Werkzeugwechsler / Magazynek narzędzi Werkzeuganzahl / Ilość pozycji (Option) Stck. 24 () Optionales Zubehör u Siemens 8 D SL u Zahnstangen-Antriebe bis m/min u Linear-Antriebe bis m/min u Spindel 12. / 15. / 24. /. u IKZ oder 7 bar einstufig u IKZ /7 bar zweistufig u Werkzeugvermessung über Laser u 3 D Messtaster u KinematicsOpt 11

7 WEMAS GmbH Küstriner Straße 7 D Seesen Telefon: Fax: info@wemas.org Stand: August 16