Seit ihrer Markteinführung im Jahr 2005 fährt die hochpräzise Rundtaktmaschine Mikron NRG-50 bei ihren Anwendern beachtliche fertigungstechnische und wirtschaftliche Erfolge ein. Auf Basis dieser Erfolge und ihres umfangreichen Erfahrungspools baute Mikron Machining die Möglichkeiten des NRG Konzeptes
weiter aus. Das Ergebnis, die Rundtaktmaschine Mikron NRG Plus kombiniert eine ganze Reihe von Innovationen und Optimierungen und punktet mit einer beachtlichen Steigerung der Produktivität und Vielseitigkeit.
Im Vergleich zur Mikron NRG-50 realisiert die NRG Plus folgende Weiterentwicklungen.
Plus 1 - Enorme Produktivitätssteigerungen: So etwa bei Werkstücken, die aufgrund ihrer Dimensionen die Nutzung der Doppel-, Dreifach- oder Vierfach-Werkstückeinspannung erlauben: hier wird sogar ein Steigerungspotenzial bis zu 50 % erwartet. Bei der NRG Plus werden die B- und C- CNC-Achsen jeder Werkstückspannstation von einem eigenen Motor angetrieben. Dies erlaubt eine simultane
Bewegung der Achsen während der Maschinentisch gedreht wird - ein weiterer Beitrag zur Zeiteinsparung. Ebenso wie die höhere Spindelleistung, welche die Bearbeitungszeit verringert.
Plus 2 – Größere Bauteile: Die schon auf den ersten Blick auffallende Innovation ist, dass die NRG Plus auch größere Bauteile bearbeiten kann. Kubische Bauteile können nun bis zu Kantenmaße 80 mm, zylindrische Werkstücke bis Durchmesser 65 mm und Längen bis 100 mm produziert werden. Die Möglichkeit, größere Bauteile zu fertigen, erweitert das Einsatzspektrum wesentlich. Mit den fünf simultan beweglichen Achsen lassen sich nun auch beliebige Freiformflächen herstellen.
Plus 3 – Noch höhere Flexibilität: Weiteres, der schnelle Austausch der Werkstück-Spanneinheiten bietet den oft ausschlaggebenden Vorteil höherer Flexibilität.
Weitere im folgenden Text genauer beschriebene Innovationen enthalten ebenfalls ein beachtliches Potenzial für die Steigerung der Produktivität. So etwa, ein weiter ausgebautes Temperierungssystem (ATS - Advanced Thermal Stabilization), die Zuführung einer höheren Menge von Kühlschmiermittel, sowie ein schnellerer Werkzeugwechsler (ATC - Automatic Tool Changer).
Seit Jahren bewährtes NRG Konzept
Das Maschinenkonzept punktet schon seit Markteinführung der NRG-50 im Jahr 2005. Die Anwender, z. B. in der Automobil-, Uhren-, Elektro- und Hydraulik/Pneumatikindustrie schätzen speziell ihre Vielseitigkeit bei hoher Produktivität und Präzision.
In der Uhrenindustrie zum Beispiel produziert sie im Dauerbetrieb Werkstücke mit Toleranzen von
+/- 0,002 mm. Zum Vergleich: Die roten Blutkörperchen im menschlichen Blut haben einen Durchmesser von 0,008 mm.
Die zwölf Bearbeitungsstationen verfügen über High Performance (HP) Spindeln und automatische Werkzeugwechsler. Auf jeder Bearbeitungsstation können bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig im Eingriff sein. Die Einheit ist vollständig CNC gesteuert und erlaubt höchste Flexibilität bei fast gleich hohen Kadenzen wie kurvengesteuerte Rundtaktmaschinen. Und diese wird heute besonders gefordert, denn die OEMs rufen beim Fertigungsbetrieb zunehmend kleinere Serien ab. Damit sind häufigere Maschinenumstellungen erforderlich, und hier bewährt sich, das hochproduktive und gleichzeitig hochflexible NRG Konzept.
Dazu kommt als entscheidender Vorteil, dass der Bediener die Maschine selbst schnell und unkompliziert für die Fertigung anderer Teile umrüsten kann. Bei Teilefamilien, bei denen dieselben oder ähnliche Werkzeuge und Werkstückträger zum Einsatz kommen, liegen die Umrüstungszeiten in der Regel zwischen zehn und sechzig Minuten.
Hier einige konkrete Zahlen, die beispielhaft die technisch-wirtschaftlichen Fakten der Erfolgsgeschichte der NRG-50 aufzeigen:
In Kombination mit CNC-Werkstückspannvorrichtungen ermöglicht das NRG Konzept Bearbeitungen an sechs Seiten. Grob dargestellt besteht die Maschine aus drei Hauptgruppen:
1. Dem höchst stabilen Maschinenkörper.
2. Zwölf im Kreis auf dem Maschinenkörper angeordneten Bearbeitungsstationen, von denen jede mit bis zu drei unabhängigen Werkzeugeinheiten für die Bearbeitung von oben, von unten und von horizontal außen ausgerüstet ist. Auf den zwölf Stationen können in einem Arbeitstakt insgesamt bis zu 30 Werkzeuge simultan im Einsatz sein. Die Maschine ist damit in der Lage, äußerst komplexe Werkstücke in einer Aufspannung komplett zu bearbeiten.
3. Dem Drehtisch mit zwölf Werkstück-Spannstationen, der in weniger als einer Sekunde von Station zu Station weiterindexiert.
Jede Bearbeitungseinheit ist mit bis zu drei CNC Achsen ausgerüstet. Die oberen und unteren Bearbeitungseinheiten sind identisch und können untereinander ausgetauscht werden. Die Maschinen verfügen über automatische Vierfach-Werkzeugwechsler (ATC). Maximal bestückt, verfügt die Maschine über insgesamt
96 Werkzeuge, welche die Komplettbearbeitung auch hochkomplexer Bauteile ermöglichen.
Kurze "Warm up Zeiten"
Durch die "Advanced Thermal Stabilization" (ATS), die auch während der Umrüstung aktiviert bleibt, dauert die "Warm-up-Zeit" der NRG nur noch fünf Minuten.
Bei anderen Maschinen, die über keine Thermostabilisierung verfügen, muss mit "Warm-up-Zeiten" von einer halben Stunde gerechnet werden, während welcher Teile mit nicht gesicherter Qualität produziert werden. Die ATS arbeitet sowohl mit Kühlluft als auch mit Kühlflüssigkeiten. Die Kühlluft tritt von unten ein und strömt zwischen Maschinenkörper und Maschinenverkleidung von unten nach oben um die Maschine.
Zur Temperierung der einzelnen Maschinenbereiche von innen heraus werden Kühlflüssigkeiten eingesetzt. So zum Beispiel beim zentralen Torquemotor, der den Werkstücktisch jeweils zur nächsten Bearbeitungsstation weiterschaltet. Auch der Maschinenkörper verfügt über eine Flüssigkeitskühlung, wobei jedes der zwölf Segmente für die Bearbeitungsstationen je nach Wärmeentwicklung individuell gekühlt werden kann.
Die Bearbeitungsspindeln werden durch Kühlschmiermittel gekühlt, das von der Rückseite entlang der Spindel nach vorne zum Werkzeug strömt und dort auf die Bearbeitungsstelle strömt. Das Kühlschmiermittel spült die Späne von der Bearbeitungsstelle weg in den zentral angeordneten Spänetrichter und die unterhalb der Maschine angeordnete Späneabfuhr. Der thermische Einfluss der heißen Späne wird auf diese Weise weitgehend vermindert.
Weiterentwicklungen steigern Produktivität und Vielseitigkeit
Die Mikron NRG Plus reduziert mit einer Reihe von Weiterentwicklungen sowohl die Nebenzeiten als auch die Bearbeitungszeiten. Um die Werkstückdimensionen erweitern zu können, wurde neben dem Spannzangendurchmesser auch der Maschinenkörper vergrößert. Entsprechend größer sind auch die verfügbaren horizontalen (X), längs (Y) und vertikalen (Z) Verfahrwege der stabiler dimensionierten Bearbeitungseinheiten. Die Möglichkeit der Einfach-, Zweifach-, Dreifach- oder Vierfach-Werkstückeinspannung enthält ebenfalls ein beachtliches Potenzial für die Reduzierung von Nebenzeiten.
Bei der NRG Plus werden die B- und C- CNC-Achsen jeder Werkstückspannstation von einem eigenen Motor angetrieben. Dies erlaubt eine simultane Bewegung der Achsen während der Maschinentisch gedreht wird. Diese fünfachsig simultane Beweglichkeit ist ein weiterer Beitrag zur Zeiteinsparung. Ebenso wie die höhere Spindelleistung, welche die Bearbeitungszeit verringert. Mit der fünften simultanen Achse lassen sich die Werkstücke während der Bearbeitung dreidimensional bewegen. Dies ergibt wirtschaftlich höchst attraktive Potenziale. So etwa lassen sich mit den fünf simultan beweglichen Achsen auch beliebige Freiformflächen herstellen. Einer der wichtigsten Nutzenfaktoren ist aber die Einsparung von Nebenzeiten, da nun die Werkstücke bereits während des Indexierung zur nächsten Bearbeitungsstation in die dort erforderliche Lage gebracht werden können.
Hohe Produktivität bei Prozessfähigkeitsindex 1,67
Da die NRG Plus mit höheren Motorleistungen arbeitet, können auf jeder Station bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig im Eingriff sein, was die Produktion ebenfalls beschleunigt. Unter anderem bei Bearbeitungsoperationen wie Bohren, Tieflochbohren, Reiben, Drehen, Fräsen, Gewindeschneiden, Einstechen und exzentrisches CNC-Einstechen in der Bohrung mit drehendem Werkzeug sowie Entgraten in der gleichen Aufspannung.
Die am längsten dauernde Bearbeitungsoperation hat bestimmenden Einfluss auf die Fertigungs-Zykluszeit. Hier punktet wiederum der automatische Werkzeugwechsler, denn nun können, während auf einer Station die am längsten dauernde Bearbeitungsoperation abläuft, auf anderen Stationen zusätzliche Bearbeitungen durchgeführt werden. Die einzelnen Werkzeugträger der Bearbeitungsstationen können mit bis zu drei Schwesterwerkzeugen, zum Beispiel Bohr-Fräswerkzeugen, bestückt werden. Einerseits können sie damit sehr schnell auf Werkzeugabnützungen reagieren. Andererseits können die Fräswerkzeuge auch unterschiedliche Geometrien besitzen, die unmittelbar nacheinander zum Eingriff kommen um komplexe Konturen am Werkstück zu erzeugen.
Die Maschine arbeitet standardmäßig mit einem Prozessfähigkeitsindex Cpk von 1,67. Sie misst bei allen Werkstücken laufend die Bearbeitungsergebnisse und gleicht bereits kleine Abweichungen innerhalb der Toleranzgrenzen selbständig aus, die zum Beispiel durch Werkzeugabnützungen entstehen. Werden die Abnützungen am Werkzeug zu stark, führt die Maschine automatisch einen Werkzeugwechsel aus. Damit produziert die Mikron NRG Plus unabhängig von der Tagesverfassung des Maschinenbedieners immer mit derselben hohen Präzision. Mikron Machining präsentiert die Mikron NRG Plus live auf der EMO in Hannover
(16. bis 21. September 2013 / Halle 17, Stand C65).
weiter aus. Das Ergebnis, die Rundtaktmaschine Mikron NRG Plus kombiniert eine ganze Reihe von Innovationen und Optimierungen und punktet mit einer beachtlichen Steigerung der Produktivität und Vielseitigkeit.
Im Vergleich zur Mikron NRG-50 realisiert die NRG Plus folgende Weiterentwicklungen.
Plus 1 - Enorme Produktivitätssteigerungen: So etwa bei Werkstücken, die aufgrund ihrer Dimensionen die Nutzung der Doppel-, Dreifach- oder Vierfach-Werkstückeinspannung erlauben: hier wird sogar ein Steigerungspotenzial bis zu 50 % erwartet. Bei der NRG Plus werden die B- und C- CNC-Achsen jeder Werkstückspannstation von einem eigenen Motor angetrieben. Dies erlaubt eine simultane
Bewegung der Achsen während der Maschinentisch gedreht wird - ein weiterer Beitrag zur Zeiteinsparung. Ebenso wie die höhere Spindelleistung, welche die Bearbeitungszeit verringert.
Plus 2 – Größere Bauteile: Die schon auf den ersten Blick auffallende Innovation ist, dass die NRG Plus auch größere Bauteile bearbeiten kann. Kubische Bauteile können nun bis zu Kantenmaße 80 mm, zylindrische Werkstücke bis Durchmesser 65 mm und Längen bis 100 mm produziert werden. Die Möglichkeit, größere Bauteile zu fertigen, erweitert das Einsatzspektrum wesentlich. Mit den fünf simultan beweglichen Achsen lassen sich nun auch beliebige Freiformflächen herstellen.
Plus 3 – Noch höhere Flexibilität: Weiteres, der schnelle Austausch der Werkstück-Spanneinheiten bietet den oft ausschlaggebenden Vorteil höherer Flexibilität.
Weitere im folgenden Text genauer beschriebene Innovationen enthalten ebenfalls ein beachtliches Potenzial für die Steigerung der Produktivität. So etwa, ein weiter ausgebautes Temperierungssystem (ATS - Advanced Thermal Stabilization), die Zuführung einer höheren Menge von Kühlschmiermittel, sowie ein schnellerer Werkzeugwechsler (ATC - Automatic Tool Changer).
Seit Jahren bewährtes NRG Konzept
Das Maschinenkonzept punktet schon seit Markteinführung der NRG-50 im Jahr 2005. Die Anwender, z. B. in der Automobil-, Uhren-, Elektro- und Hydraulik/Pneumatikindustrie schätzen speziell ihre Vielseitigkeit bei hoher Produktivität und Präzision.
In der Uhrenindustrie zum Beispiel produziert sie im Dauerbetrieb Werkstücke mit Toleranzen von
+/- 0,002 mm. Zum Vergleich: Die roten Blutkörperchen im menschlichen Blut haben einen Durchmesser von 0,008 mm.
Die zwölf Bearbeitungsstationen verfügen über High Performance (HP) Spindeln und automatische Werkzeugwechsler. Auf jeder Bearbeitungsstation können bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig im Eingriff sein. Die Einheit ist vollständig CNC gesteuert und erlaubt höchste Flexibilität bei fast gleich hohen Kadenzen wie kurvengesteuerte Rundtaktmaschinen. Und diese wird heute besonders gefordert, denn die OEMs rufen beim Fertigungsbetrieb zunehmend kleinere Serien ab. Damit sind häufigere Maschinenumstellungen erforderlich, und hier bewährt sich, das hochproduktive und gleichzeitig hochflexible NRG Konzept.
Dazu kommt als entscheidender Vorteil, dass der Bediener die Maschine selbst schnell und unkompliziert für die Fertigung anderer Teile umrüsten kann. Bei Teilefamilien, bei denen dieselben oder ähnliche Werkzeuge und Werkstückträger zum Einsatz kommen, liegen die Umrüstungszeiten in der Regel zwischen zehn und sechzig Minuten.
Hier einige konkrete Zahlen, die beispielhaft die technisch-wirtschaftlichen Fakten der Erfolgsgeschichte der NRG-50 aufzeigen:
- So etwa produzierte ein Betrieb jährlich während dreier Arbeitsschichten aus AlMgSi Rohlingen insgesamt 750'000 Stück von fünf unterschiedlichen Adapterplatten. Je nach Variante waren 30 bis 40 Bearbeitungsschritte erforderlich. Es wurden ein Prozessfähigkeitsindex Cpk von 1,33 und Toleranzen von +/- 0,006 mm gefordert. Vor dem Einsatz der NRG-50 waren dafür fünf Doppelspindel-Drehzentren mit motorgetriebenen Werkzeugen, sowie zwei Messsysteme für die 100 % Kontrolle der Teile erforderlich. Die Umrüstung für die verschiedenen Werkstückvarianten dauerte jeweils eine Stunde. Die Produktion benötigte 193 Quadratmeter und 18 Mitarbeiter.
- Mit einer einzigen NRG-50 steigerte das Unternehmen seine Produktion auf 1,5 Millionen Adapterplatten pro Jahr; und das mit nur noch drei Mitarbeitern und 127 Quadratmetern Produktionsfläche. Die Maschinenperipherie besteht aus einer Mikron Stangensäge des Typs TB-600, einer robotergestützten Messstation, einem Palettierungssystem, einem Ladesystem und einer Filtration.
In Kombination mit CNC-Werkstückspannvorrichtungen ermöglicht das NRG Konzept Bearbeitungen an sechs Seiten. Grob dargestellt besteht die Maschine aus drei Hauptgruppen:
1. Dem höchst stabilen Maschinenkörper.
2. Zwölf im Kreis auf dem Maschinenkörper angeordneten Bearbeitungsstationen, von denen jede mit bis zu drei unabhängigen Werkzeugeinheiten für die Bearbeitung von oben, von unten und von horizontal außen ausgerüstet ist. Auf den zwölf Stationen können in einem Arbeitstakt insgesamt bis zu 30 Werkzeuge simultan im Einsatz sein. Die Maschine ist damit in der Lage, äußerst komplexe Werkstücke in einer Aufspannung komplett zu bearbeiten.
3. Dem Drehtisch mit zwölf Werkstück-Spannstationen, der in weniger als einer Sekunde von Station zu Station weiterindexiert.
Jede Bearbeitungseinheit ist mit bis zu drei CNC Achsen ausgerüstet. Die oberen und unteren Bearbeitungseinheiten sind identisch und können untereinander ausgetauscht werden. Die Maschinen verfügen über automatische Vierfach-Werkzeugwechsler (ATC). Maximal bestückt, verfügt die Maschine über insgesamt
96 Werkzeuge, welche die Komplettbearbeitung auch hochkomplexer Bauteile ermöglichen.
Kurze "Warm up Zeiten"
Durch die "Advanced Thermal Stabilization" (ATS), die auch während der Umrüstung aktiviert bleibt, dauert die "Warm-up-Zeit" der NRG nur noch fünf Minuten.
Bei anderen Maschinen, die über keine Thermostabilisierung verfügen, muss mit "Warm-up-Zeiten" von einer halben Stunde gerechnet werden, während welcher Teile mit nicht gesicherter Qualität produziert werden. Die ATS arbeitet sowohl mit Kühlluft als auch mit Kühlflüssigkeiten. Die Kühlluft tritt von unten ein und strömt zwischen Maschinenkörper und Maschinenverkleidung von unten nach oben um die Maschine.
Zur Temperierung der einzelnen Maschinenbereiche von innen heraus werden Kühlflüssigkeiten eingesetzt. So zum Beispiel beim zentralen Torquemotor, der den Werkstücktisch jeweils zur nächsten Bearbeitungsstation weiterschaltet. Auch der Maschinenkörper verfügt über eine Flüssigkeitskühlung, wobei jedes der zwölf Segmente für die Bearbeitungsstationen je nach Wärmeentwicklung individuell gekühlt werden kann.
Die Bearbeitungsspindeln werden durch Kühlschmiermittel gekühlt, das von der Rückseite entlang der Spindel nach vorne zum Werkzeug strömt und dort auf die Bearbeitungsstelle strömt. Das Kühlschmiermittel spült die Späne von der Bearbeitungsstelle weg in den zentral angeordneten Spänetrichter und die unterhalb der Maschine angeordnete Späneabfuhr. Der thermische Einfluss der heißen Späne wird auf diese Weise weitgehend vermindert.
Weiterentwicklungen steigern Produktivität und Vielseitigkeit
Die Mikron NRG Plus reduziert mit einer Reihe von Weiterentwicklungen sowohl die Nebenzeiten als auch die Bearbeitungszeiten. Um die Werkstückdimensionen erweitern zu können, wurde neben dem Spannzangendurchmesser auch der Maschinenkörper vergrößert. Entsprechend größer sind auch die verfügbaren horizontalen (X), längs (Y) und vertikalen (Z) Verfahrwege der stabiler dimensionierten Bearbeitungseinheiten. Die Möglichkeit der Einfach-, Zweifach-, Dreifach- oder Vierfach-Werkstückeinspannung enthält ebenfalls ein beachtliches Potenzial für die Reduzierung von Nebenzeiten.
Bei der NRG Plus werden die B- und C- CNC-Achsen jeder Werkstückspannstation von einem eigenen Motor angetrieben. Dies erlaubt eine simultane Bewegung der Achsen während der Maschinentisch gedreht wird. Diese fünfachsig simultane Beweglichkeit ist ein weiterer Beitrag zur Zeiteinsparung. Ebenso wie die höhere Spindelleistung, welche die Bearbeitungszeit verringert. Mit der fünften simultanen Achse lassen sich die Werkstücke während der Bearbeitung dreidimensional bewegen. Dies ergibt wirtschaftlich höchst attraktive Potenziale. So etwa lassen sich mit den fünf simultan beweglichen Achsen auch beliebige Freiformflächen herstellen. Einer der wichtigsten Nutzenfaktoren ist aber die Einsparung von Nebenzeiten, da nun die Werkstücke bereits während des Indexierung zur nächsten Bearbeitungsstation in die dort erforderliche Lage gebracht werden können.
Hohe Produktivität bei Prozessfähigkeitsindex 1,67
Da die NRG Plus mit höheren Motorleistungen arbeitet, können auf jeder Station bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig im Eingriff sein, was die Produktion ebenfalls beschleunigt. Unter anderem bei Bearbeitungsoperationen wie Bohren, Tieflochbohren, Reiben, Drehen, Fräsen, Gewindeschneiden, Einstechen und exzentrisches CNC-Einstechen in der Bohrung mit drehendem Werkzeug sowie Entgraten in der gleichen Aufspannung.
Die am längsten dauernde Bearbeitungsoperation hat bestimmenden Einfluss auf die Fertigungs-Zykluszeit. Hier punktet wiederum der automatische Werkzeugwechsler, denn nun können, während auf einer Station die am längsten dauernde Bearbeitungsoperation abläuft, auf anderen Stationen zusätzliche Bearbeitungen durchgeführt werden. Die einzelnen Werkzeugträger der Bearbeitungsstationen können mit bis zu drei Schwesterwerkzeugen, zum Beispiel Bohr-Fräswerkzeugen, bestückt werden. Einerseits können sie damit sehr schnell auf Werkzeugabnützungen reagieren. Andererseits können die Fräswerkzeuge auch unterschiedliche Geometrien besitzen, die unmittelbar nacheinander zum Eingriff kommen um komplexe Konturen am Werkstück zu erzeugen.
Die Maschine arbeitet standardmäßig mit einem Prozessfähigkeitsindex Cpk von 1,67. Sie misst bei allen Werkstücken laufend die Bearbeitungsergebnisse und gleicht bereits kleine Abweichungen innerhalb der Toleranzgrenzen selbständig aus, die zum Beispiel durch Werkzeugabnützungen entstehen. Werden die Abnützungen am Werkzeug zu stark, führt die Maschine automatisch einen Werkzeugwechsel aus. Damit produziert die Mikron NRG Plus unabhängig von der Tagesverfassung des Maschinenbedieners immer mit derselben hohen Präzision. Mikron Machining präsentiert die Mikron NRG Plus live auf der EMO in Hannover
(16. bis 21. September 2013 / Halle 17, Stand C65).
