Spritzen & Giessen

Gießwerkzeuge

Das Plus an Sicherheit

08.07.2009

Fräsen: Eine optimierte Prozesskette spielt im Modellbau eine entscheidende Rolle. Das CAM/CAD-System WorkNC von Sescoi erstellt schnell kollisionsfreie NC-Programme – für 3- und 5-Achs-Simultanbearbeitung, fürs Schichtfräsen, aber auch für die neue sechsachsige Portalfräsmaschine FZ 100 von F. Zimmermann.
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Kegelmann Technik, Lieferant für Prototypen und Kleinserien in Aluguss und Kunststoff, setzt auf Technologien auf dem neuesten Stand. Für Geschäftsführer Stephan Kegelmann ein Muss, um wettbewerbsfähig zu sein: „Wer sich heute im Modell- sowie Werkzeug- und Formenbau gegen internationale Konkurrenz behaupten will, muss einen modernen Maschinenpark besitzen und einen möglichst durchgängigen Datenfluss realisiert haben. So lassen sich Durchlaufzeiten verkürzen und Prozesse sicher gestalten.”

In seinem Unternehmen, das Entwicklungsdienstleistungen, Zerspanung, Modell- und Formenbau sowie die Produktion von Kunststoff- und Alugussteilen anbietet, setzt er auf das CAM/CAD-System WorkNC von Sescoi: „Die Software erleichtert den Weg von der Kundenzeichnung oder dem CAD-Modell zum gefrästen Gießereimodell”, erklärt Kegelmann. „Quasi auf Knopfdruck werden fertige und sichere NC-Programme für 3- und 5-Achs-Maschinen generiert.”

Kegelmann schätzt neben der einfachen Bedienung des CAM-Systems vor allem die garantierte Kollisionsfreiheit der Fräsbahnen: „Das ist besser als jede Versicherung. Wenn die Werkstücke teilweise bis zu fünfstellige Euro-Beträge wert sind, dann können Kollisionen beim Fräsen sehr, sehr teuer werden.”

Fünfachsig im Vorteil
Gerade bei tiefen Bauteilen hat das fünfachsige Fräsen deutliche Vorteile. Während man beim 3-Achs-Fräsen sehr lange Werkzeuge einsetzen muss, um eine Kollision mit dem Werkstück zu vermeiden, kann man beim fünfachsigen Fräsen ein kurzes Werkzeug mit einem entsprechenden Halter wählen.”

Das Programmieren der komplexen 5-Achs-Bewegungen ist mit WorkNC sehr einfach. Auch dafür wurden neue Funktionen und Strategien implementiert. Besondere Vorteile verspricht sich Kegelmann vom Modul Auto5, das aus existierenden 3-Achs-Programmen automatisch 5-Achs-Fräsbahnen generiert. Bei der automatischen Umwandlung mit dem Modul Auto5 genügt es, die gewünschte Werkzeuglänge und den Halter einzugeben. Dann rechnet die Software die Fräsbahn automatisch so um, dass eine kollisionsfreie fünfachsige Fräsbahn zustande kommt. Hierbei muss natürlich automatisch die Kinematik der Maschine berücksichtigt werden, da alle Maschinen in ihren Dreh- und Schwenkwinkeln begrenzt sind.

Der Werkzeugmaschinenhersteller F. Zimmermann präsentierte die Portalfräsmaschine FZ 100 mit einem neu entwickelten 3-Achs-Fräskopf M3 ABC, mit dem sich sechsachsige Bearbeitung realisieren lässt. Stephan Kegelmann war nicht nur mit seinen Ideen und Wünschen in die Entwicklung des Konzeptes involviert, er übernahm auch die Herstellung der gesamten Gießereieinrichtung für den neuen Kopf: „Die Zeit war etwas knapp”, erklärt er. „Da sind wir kurzfristig in die Bresche gesprungen und haben die Modelle komplett gefräst, unterstützt von WorkNC. So konnten die Teile für den 3-Achs-Kopf rechtzeitig gegossen werden.”

Diese erste FZ 100 steht mittlerweile bei Kegelmann Technik in Rodgau-Jügesheim, wo sie ihre Stärken ausspielen kann. „Das Konzept setzt Maßstäbe. In der Volumenzerspanung von Aluminium, Composite- und Modellbauwerkstoffen wie auch in der HSC-Bearbeitung von Stahl und Guss ist die FZ 100 am richtigen Platz”, erklärt Kegelmann. „Weil mit der Dreiachsigkeit das Polstellenproblem eines herkömmlichen Gabelkopfes nicht auftritt, kann das Werkzeug auch beim Abwälzen immer im Span stehen. Das ist extrem effizient.” Das Volumetric Compensation Systems (VCS) der Siemens-Steuerung ermöglicht es, die geometrischen Restfehler, die sich über maschinenbauliche Maßnahmen nur mit hohem Aufwand weiter verringern lassen, über CNC-seitige Maßnahmen kompensieren. Die Folge: deutlich höhere Fertigungsgenauigkeit.

Einfachste Programmierung
Da das Programmieren der sechsachsigen Maschine so einfach wie möglich sein sollte, begleitete auch Sescoi die Entwicklung der neuen FZ 100 von Zimmermann. Die partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen Zimmermann, Sescoi und Kegelmann hat sich bereits bei der LMC-Schichtfräsmaschine von F. Zimmermann bestens bewährt. Stephan Kegelmann half mit, das System weiterzuentwickeln, und hält große Stücke auf diese Technologie, die bisheriges Schichtfräsen auf den Kopf stellt.

Der Fertigungsprozess im Layer Milling Center LMC von F. Zimmermann besteht aus fünf Schritten. Zunächst werden gestapelte Rohmaterialplatten auf einer Palette in der Maschine automatisch zentriert. Eine Vakuum-Hebevorrichtung hebt eine zuvor mit Aktivatorlack beschichtete Platte an und legt sie auf den Transporttisch.

Die Maschine verfügt über eine getrennte Kleberdüse, die wie die Werkzeuge auf einem Werkzeugwechselplatz positioniert ist. Die Maschine holt sich für den Klebevorgang diese aus dem Werkzeugwechselplatz und fährt die vorher berechneten Klebenuten ab. Hierbei wird eine Kleberaupe exakt aufgetragen. Anschließend geht’s unter dem Frästisch weiter. Der „über Kopf” montierte Frästisch verklebt die Platte mit den bereits bearbeiteten Platten.

Vollautomatischer Aufbau
Der benötigte Druck wird automatisch berechnet. Nach wenigen Minuten erreicht der Kleber die zum Fräsen benötigte Anfangsfestigkeit. Die Fräsbearbeitung beginnt mit etwa 1 mm Überlappung zur vorherigen Platte. Überstehender Klebstoff wird so vollständig zerspant. Die Platte wird komplett fertig gefräst, die erzielte Oberfläche nicht mehr nachbearbeitet. Der Prozess startet mit der nächsten Platte. So wird Schicht für Schicht das Werkstück vollautomatisch aufgebaut.

„Wir setzen die LMC bei hochkomplexen Gießereimodellen ein”, erklärt Kegelmann. „Vor allem, wenn sie tiefe Rippen aufweisen. Dafür ist diese spezielle Schichtfräsmaschine ideal. Gerade wenn in der Tiefe kleine Eckenradien von wenigen Millimetern verlangt werden, ist das aus dem Vollen nicht machbar. Früher musste ein Mitarbeiter die einzelnen konventionell gefertigten Platten zusammenkleben. Bei der LMC geht es mannlos und viel sicherer und schneller.”

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Kegelmann Technik
Kegelmann Technik in Rodgau startete im Jahr 1989 als Ein-Mann-Unternehmen mit einer der europaweit ersten Stereolithographie-Anlagen – die Technologie wurde später im Zusammenhang mit Rapid Prototyping im Markt bekannt. Unternehmensgründer Stephan Kegelmann setzte dabei nicht nur auf diese innovative Technologie, sondern bereits damals auf deren sinnvolle Verbindung mit geeigneten Folgetechniken. Auch in anderen Bereichen setzt das Unternehmen auf Fertigungstechnologie der neuesten Generation – sowohl bei Hard- als auch bei Software. Kegelmann Technik ist heute ein mittelständisches Unternehmen mit mehr als 60 Mitarbeitern.

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FZ100 mit 6-Achs-Fräskopf
Der zum Patent angemeldete Fräskopf M3 ABC der neuen Zimmermann-Maschine ähnelt auf den ersten Blick einem normalen Gabelkopf. Er verfügt über eine C-Achse mit einem Schwenkbereich von ±360° und eine A-Achse, die die Frässpindel um ±110° schwenkt. Die konstruktive Innovation ist nun die zusätzliche B-Achse zwischen diesen beiden Achsen mit einem Schwenkwinkel von ±15°. Um diese Achse realisieren zu können, wurde eigens eine extrem stabile und genaue Bogenführung entwickelt. Eine endlos drehbare C-Achse ist aufgrund dieser dritten Achse nicht mehr notwendig. Die Bogenführung hat den Vorteil, dass der Fräskopf trotz zusätzlicher Achse äußerst kompakt ausfällt. Die Maschine kann so laut Hersteller stets mit höchstem Vorschub und immer optimal angestelltem Werkzeug arbeiten.


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