19.02.2018|Kundenstory BENZ GmbH Werkzeugsysteme 

Winkelkopfinnovation für Green-Button-Prozesse

Mit einem Winkelkopf, der das automatische Ein- und Auswechseln der Frontwerkzeuge ermöglicht, optimieren DMG MORI und BENZ GmbH Werkzeugsysteme Fertigungsprozesse.

Gemeinsam mit der BENZ GmbH Werkzeugsysteme hat DMG MORI einen Winkelkopf für DMG MORI Serienmaschinen entwickelt, der das automatische Ein- und Auswechseln der Frontwerkzeuge ermöglicht.

Winkelköpfe sind in der Zerspanung von komplexen Bauteilen seit vielen Jahren Stand der Technik. Insbesondere bei der Innenbearbeitung von Gehäusebauteilen in Flugzeugtriebwerken oder stationären Gasturbinen werden Winkelköpfe eingesetzt, weil die Hauptspindel oft nicht ins Innere der Gehäuse eintauchen oder dort schwenken kann. Anspruchsvolle Werkstücke aus schwer zerspanbaren Materialien wie Titan oder Nickellegierungen erfordern dabei sowohl den Einsatz vieler unterschiedlicher Werkzeuge als auch von Schwesterwerkzeugen aufgrund des hohen Verschleißes. Bis dato erfolgte der Werkzeugwechsel im Winkelkopf entweder manuell bei angehaltener Maschine, mit Einfluss auf Personalkosten und Stückzeiten, oder durch das automatische Einwechseln kompletter Winkelköpfe, die je Schwesterwerkzeug mitgeführt oder auf Sonderpaletten untergebracht werden. Das resultiert in hohen Investitionen und einer Limitierung des Gesamtsystems. Um diese unwirtschaftlichen Lösungen zu umgehen, hat DMG MORI gemeinsam mit der BENZ GmbH Werkzeugsysteme einen Winkelkopf für DMG MORI Serienmaschinen entwickelt, der das automatische Ein- und Auswechseln der Frontwerkzeuge ermöglicht.

Geringe Durchlaufzeiten und eine möglichst mannlose Fertigung sind in der Zerspanung gängige Kriterien für eine hohe Wettbewerbsfähigkeit. Das gilt ganz besonders im hart umkämpften Aerospace-Sektor. „Die Bearbeitung der Bauteile erfolgt in der Branche immer öfter im sogenannten Green-Button-Prozess, bei dem manuelle Eingriffe nicht mehr nötig sind“, erklärt Michael Kirbach, Leiter des DMG MORI Aerospace Excellence Center. Aus vielzähligen Kundenprojekten kenne man deshalb auch die Herausforderung, einen Winkelkopf in diesen Fertigungsprozess effizient einzubinden. „Unser Ziel war eine Lösung, bei der lediglich die Frontwerkzeuge in den Winkelkopf automatisch ein- und ausgewechselt werden.“ Den Bedarf an einer solchen Lösung hätten auch Kunden von DMG MORI in einer Umfrage bestätigt. Der Auslöser für die Realisierung war letztlich ein neues Projekt bei einem führenden Triebwerkshersteller.

Technologiekompetenz durch Entwicklungspartnerschaft

Das patentierte Radmagazin von DMG MORI bietet die Möglichkeit, sowohl entsprechend große und schwere Winkelköpfe als auch die Frontwerkzeuge in einem auf den jeweiligen Winkelkopf abgestimmten Halter im Werkzeugrad zu führen.

In BENZ hat DMG MORI einen kompetenten Technologiepartner für die Entwicklung eines Winkelkopfes, der den heutigen Anforderungen gerecht wird, gefunden. Das Unternehmen aus Haslach im Kinzigtal ist einer der weltweit führenden Hersteller und Anbieter von Komponenten und Systemen der Werkzeug- und Maschinentechnik. Schon in der Konzeptphase wurde BENZ eingebunden, um die Machbarkeit eines Winkelkopfes mit entsprechender Funktionalität zu prüfen. Andreas Motus, Technischer Vertrieb bei BENZ, erinnert sich an die Anfrage: „Wir hatten die Konstruktion für einen solchen Winkelkopf bereits in der Schublade und auch schon umgesetzt, haben sie aber mangels verfügbarer Maschinenplattformen seinerzeit nicht für Serienmaschinen von DMG MORI weiterentwickelt.“ Dies habe sich mit dem patentierten Radmagazin von DMG MORI geändert. Diese Magazintechnik bietet die Möglichkeit, sowohl entsprechend große und schwere Winkelköpfe als auch die Frontwerkzeuge in einem auf den jeweiligen Winkelkopf abgestimmten Halter im Werkzeugrad zu führen.

Bei der maschinellen Basis in der Fertigung mittels Winkelkopf handelt es sich im Hause DMG MORI in der Regel um Bearbeitungszentren der duoBLOCK®- oder Portalbaureihen. „Meist kommt aufgrund rotationssymmetrischer Gehäusebauteile die Fräs-Dreh-Technik zum Einsatz“, ergänzt Michael Kirbach. So umfasse das konkrete Projekt mit dem neuen Winkelkopf zwei DMC 125 FD duoBLOCK® und eine DMU 210 FD. Während der intensiven Zusammenarbeit hat BENZ die bestehende Konstruktion nach und nach auf die Serienmaschinen abgestimmt. „Zunächst mussten Wechselgewicht und Kippmoment angepasst werden“, so Andreas Motus. „Auch die Zusatzspannelemente haben wir in den Winkelkopf integriert, um Störkonturen an der Maschinespindel zu minimieren.“ Der Winkelkopf müsse eine zuverlässige Spannung der Frontwerkzeuge gewährleisten, was eine Hydraulikübergabe von der Spindel erfordere. Dies hat BENZ mit speziellen Hydraulikkupplungen umgesetzt. Darüber hinaus hat das Unternehmen einen Weg gefunden, Signale induktiv zu übertragen anstatt über separate Stecker.

Zusammenspiel aus Werkzeugwechsler, Winkelkopf und Software

DMG MORI zeigte den neuen Winkelkopf zur EMO 2017 auf einer DMU 160 FD.

Eine große Herausforderung während der Entwicklung waren laut Andreas Motus die Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit beim Werkzeugwechsel: „Die Toleranzen bei der Fertigung des Winkelkopfes sind folglich sehr niedrig.“ Entscheidend sei auch das Zusammenspiel von Werkzeugwechsler, Winkelkopf und Software, wie Michael Kirbach hinzufügt: „Die Software regelt den Ablauf des Wechselvorgangs sowie die Verwaltung des Winkelkopfes und der Frontwerkzeuge inklusive deren Halter, die nach dem Wechsel im Werkzeugrad verbleiben.“ Insbesondere die Kompatibilität zu Serienmaschinen sei ein Vorteil: „Anwender können die Lösung in der Maschine zusammen mit einem erprobten Winkelkopfkonzept als Option bestellen und müssen keine aufwendige Sonderlösung konzipieren, die das Gesamtsystem limitiert.“

Nach Abschluss des Projektes zeigen sich DMG MORI und BENZ mehr als zufrieden. Das Ergebnis ist eine Lösung, mit der das Bearbeitungszentrum Winkelkopf und Frontwerkzeuge unabhängig voneinander ein- und auszuwechseln sowie im Werkzeugmagazin organisieren kann. Dadurch sind Anwender in der Lage mit lediglich einem Winkelkopf die komplexen Bauteile mannlos zu fertigen. Erste Kunden haben das Konzept bereits gesehen und hohes Interesse an der Option signalisiert. Vor allem die vertretbare Amortisationsdauer sei überzeugend, urteilt Michael Kirbach: „Zur EMO 2017 in Hannover haben wir diese Lösung in einer DMC 160 FD auch der breiten Masse präsentiert.“ Das freut auch Andreas Motus: „Es war ein sehr umfangreiches Projekt, bei dem stets die innovative Technik und die partnerschaftliche Zusammenarbeit im Fokus standen.“

 

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