FOOKE ENDURA® Portalfräsmaschinen für den Werkzeug- und Formenbau
Im Werkzeug- und Formenbau werden heutzutage vielfach schwere 5-Achs-Maschinen für die 5-Seiten-Fertigbearbeitung von Werkstücken aus Guss-, Stahl- und auch legiertem Stahl eingesetzt. Für das Schruppen, das erfahrungsgemäß ca. 20 bis 30% der Gesamtbearbeitungszeit ausmacht, werden oftmals Fräswerkzeuge mit großem Durchmesser verwandt. Hierfür ist die Bearbeitungsmaschine mit einer Getriebefrässpindel ausgestattet, die in der Regel über ein hohes Drehmoment (800 und mehr Nm) verfügt.
Während der Bearbeitung wirken große Reaktions- bzw. Prozesskräfte auf die Lager, Getriebe, Führungen und die Strukturkomponenten der Maschine. Daher ist sie sehr robust und steif ausgelegt. Wohl aus der Tradition heraus sind solche Maschinen insbesondere in Bezug auf ihre dynamische Masse, d.h. die Masse der in Bewegung befindlichen Maschinenkomponenten, häufig deutlich überdimensioniert.
Es liegt in der Natur der Sache, dass für das Annähern und das Erreichen der fertigen Werkstückgeometrie, d.h. für das Vorschlichten und Schlichten, kleinere und kleine Werkzeugdurchmesser zum Einsatz gebracht werden. Soll die gleiche Maschine hierfür eingesetzt werden, wird das Fräsaggregat gewechselt. Eine Hochfrequenz-Frässpindel mit höherer Drehzahl (20.000 und mehr min-1) kommt zum Einsatz. Die Prozesskräfte, die nun auf die Maschine und ihre Strukturkomponenten wirken, sind jetzt erheblich geringer. Für die nun durchzuführenden Arbeitsschritte, die ca. 70 bis 80% der Gesamtbearbeitungszeit ausmachen, entwickelt sich die in Bewegung befindliche Masse der Maschine nun massiv zum Nachteil.
Innovative Unternehmen setzen heute zunehmend auf optimierte Frässtrategien: Hierbei wird von Anfang an die Kontur unter Verwendung kleinerer und mittlerer Werkzeugdurchmesser (bis etwa 63 mm) und relativ geringen Schnitttiefen erzeugt. Der Einsatz einer Getriebefrässpindel ist nicht erforderlich. Zudem gestatten die deutlich geringeren Prozesskräfte den Einsatz von hochdynamischen Maschinen.
Die FOOKE GmbH aus Borken im Münsterland baut seit vielen Jahren solche Maschinen. Bei der Entwicklung der ENDURA® Maschinen wurde konsequent berücksichtigt, dass eben bei der Verwendung von kleineren Werkzeugdurchmessern die Prozesskräfte deutlich geringer sind. Umschlingungswinkel bzw. die Umschlingungsstrecke des Werkzeugs nehmen elementar Einfluss.
FOOKE ENDURA® Portalfräsmaschinen verfügen über eine intelligent konstruierte Maschinenstruktur. Intelligent meint in diesem Zusammenhang: Die Strukturkomponenten sind stimmig dimensioniert und werden aus geeigneten Werkstoffen hergestellt und vereinen die für ein gutes Fräsergebnis maßgeblichen Eigenschaften STEIFIGKEIT, MASSE und DÄMPFUNG in einem optimalen Verhältnis.
Die Prozesskräfte einerseits und die dynamische Steifigkeit der Maschinenstrukturelemente andererseits sind erheblich für das Fräsergebnis verantwortlich, sprich: für die Oberflächenqualität und die Genauigkeit. Maßgeblich für die Produktivität einer Maschine ist die stimmige Ausführung der Strukturkomponenten, die auf dem optimalen Einsatz von passenden Werkstoffen und passender Masse basiert.
FOOKE Maschinen der Baureihen ENDURA® 700LINEAR und ENDURA® 900LINEAR sind so ausgeführt. Kombiniert mit Linearmotoren in allen Linear- und – sofern gewünscht bzw. technisch sinnvoll – mit Torquemotoren in den Rundachsen, zeichnen sich diese Maschinen neben ihrer Größe durch ihre hervorragende Qualität der Bewegungsführung aus: Optimale Oberflächenqualität und Genauigkeit, hergestellt in kürzester Bearbeitungszeit.
Als Fräsaggregate kommen dabei ausschließlich leistungsstarke Hochfrequenz-Frässpindeln (z.B. HSK63A, 42 kW, 24.000 U/min, 67 Nm oder HSK100A, 63 kW, 15.000 U/min, 300 Nm) zum Einsatz.
Insbesondere die hohe Maschinendynamik einer ENDURA® Maschine macht bei der Vorschlicht- und Schlichtbearbeitung Potentiale nutzbar: Im Vergleich zu Maschinen, die mit konventionellen Vorschubantrieben und hohe dynamische Massen verfügen, bewirken die hohen Beschleunigungswerte und konstant hohe Vorschubgeschwindigkeiten einer ENDURA® Maschine ein insgesamt deutlich höheres Geschwindigkeitsniveau, eine höhere Produktivität.
Ein weiterer Vorteil von Linear- bzw. Torquemotoren: In eine passende Maschinenstruktur integriert funktioniert ein Direktantrieb quasi wie ein Sensor und kann für die Prozessüberwachung verwandt werden. Kraftüberhöhungen aus Fräsprozessen, Kollisionen, sowie Setzungseffekte des Fundaments, die zu Geometrieänderungen innerhalb der Werkzeugmaschinenstruktur führen, können schnell und eindeutig identifiziert und angezeigt werden. Kollisionsenergien können reduziert werden.
Ein Linearmotorvorschubantrieb hat im Vergleich zu konventionellen Vorschubantrieben, die immer eine kinematische Wirkungskette umfassen, deutlich geringere Reaktionszeiten. Bei konventionellen Vorschubantrieben werden mechanische Übertragungselemente, wie z.B. Zahnstangenritzel, Kugelgewindegetriebe, Getriebe und Lagerungen, verwandt.
Die kinematische Wirkungskette eines Linearmotorvorschubantriebs besteht hingegen „nur“ aus der Spur aus Dauermagneten, den sogenannten „Sekundärteilen“, und dem eigentlichen Motor, dem „Primärteil“. Über das elektromagnetische Feld wird die Vorschubbewegung realisiert. Das elektromagnetische Feld zwischen Primär- und Sekundärteil wird im Stromregelkreis in tausendstel Sekunden geregelt.
Die ENDURA® Maschinen mit Linearmotorantrieben von FOOKE sind bereits seit 2004 weltweit im Einsatz. Insbesondere der Entfall von mechanischen Übertragungselementen, in den Linear- und Rundachsen reduzieren den Wartungsaufwand erheblich. Die Diagnosemöglichkeiten, z.B. für Geometrieveränderungen und Verschleiß, und die „Sensoreigenschaften“ stellen einen erheblichen Mehrwert dar und reduzieren die Maschinenstillstandzeiten erheblich.
Ein weiterer Aspekt: Die Anschaffungskosten von FOOKE ENDURA® Maschinen sind im Vergleich zu den klassischen Schwermaschinen und unter Berücksichtigung der deutlich besseren Eigenschaften als durchweg „moderat“ zu bezeichnen.
Die Eigenschaften einer ENDURA® Maschine und deren Vorteile in Schlagworten:
- hohe Maschinendynamik
- hohe Vorschubgeschwindigkeiten
- hohe Bahnkonturgenauigkeit entlang der programmierten Bahn
- hohe Produktivität
- geringere Prozesskräfte, geringere Reaktionskräfte auf die Maschine und deren Strukturelemente
- geringerer Verschleiß
- moderate Anschaffungskosten
Auf der diesjährigen EMO 2013 in Hannover stellt die Firma FOOKE GmbH eine ENDURA® 704LINEAR aus. Hierbei handelt es um eine topaktuelle Kompakt-Portalfräsmaschine, die insbesondere in die Bereiche Modell- und Prototypen- und auch Werkzeug- und Formenbau geliefert wird. Wie auch alle anderen ENDURA® Maschinen zeichnet sich diese durch die exzellente Qualität der Bewegungsführung und eine hervorragende Produktivität aus. Trotz großen Bearbeitungsvolumens benötigt sie nur eine kleine Aufstellfläche. Vor allem kann sie quasi ohne Fundament aufgestellt werden. Ein solider Industrieboden reicht in der Regel aus.