HSC-Fräsen bis in den Mikrometer-Bereich

Auf der AMB 2010 vorgestellt wurde die Mikron HSM 400U LP Precision. Ihre Genauigkeit beruht auf einer optischen Werkzeugmessung bei voller Spindeldrehzahl.

CH-NIDAU (sm). Das Potenzial einer prozesssicheren Werkzeugvermessung auf der Werkzeugmaschine wurde bei GF AGieCharmilles frühzeitig erkannt. Der Werzeugmaschinenhersteller begann vor einigen Jahren mit der Entwicklung und Bewertung intelligenter Lösungen. Das Ergebnis ist ein „IntelligentToolMeasurement“ (ITM) – eine optische Werkzeugvermessung bei voller Spindeldrehzahl. „Ohne diese bahnbrechende Technologie ist eine Mikron HSM LP Precision mit ihren heutigen Eigenschaften praktisch nicht vorstellbar“, unterstreicht Produktmanager Georg Scheiba die Bedeutung dieses „smart machine“- Bausteins.
Die Maschine HSM LP Precision führt die Präzisions-Zerspanung in eine neue Ära. Unter der Einwirkung von hohen Achsbeschleunigungen wird die Werkzeugbahn bei minimalem Regelrauschen genau eingehalten. So werden im Ergebnis  höchste Oberflächengüten und Konturgenauigkeiten erreicht. Da in jeder elektrischen Maschine Verlustwärme anfällt, müssen die Antriebsgruppen gezielt gekühlt werden. Jede der Linearachsen sowie die Rund-Schwenk-Einheit haben einen eigenen Kühlkreislauf. Zugleich ermöglicht das „Opticoo“l-Konzept mit seiner Spindelnasen-Kühlung eine bisher nicht bekannte Temperaturstabilität. Das ausgeklügelte Kühlmanagement der Mikron HSM LP Precision verhindert den Wärmefluss von den Antriebsmotoren in das Maschinenbett. Daraus resultiert eine geometrische Stabilität, die besonders hohe Wiederholgenauigkeiten in der Bewegungsführung sicherstellt.
Doch welche Vorteile hat der Anwender, wenn die Maschine zwar kleinste Verfahrschritte von 100 Nanometern (0,1 µm) ausführt, die Ungenauigkeit bei der Erfassung der Werkzeuggeometrie die Abbildung dieser Genauigkeitsklasse auf dem Werkstück aber vereitelt? Jeder, der es schon einmal versucht hat, mit verschiedenen Werkzeugdurchmessern eine überfräste Fläche ein weiteres Mal exakt zu treffen, ist sich bewusst, dass dies eine praktisch unmögliche Aufgabe ist. Damit aber perfekte Übergänge zwischen Flächenabschnitten, die mit unterschiedlichen Werkzeugen bearbeitet werden möglich sind, muss Innovatives geschehen. Einer der Hauptgründe für ausbleibenden Erfolg lag bisher in der Funktion der konventionellen Laser-Werkzeugvermessung. Unterschiedliche Werkzeuggeometrien führen zu unterschiedlichen Eintauchverhältnissen im Laserstrahl und damit zu Variationen in der absoluten Z-Referenz. Auch anhaftende Schmutzpartikel oder Öltropfen können zu einem  Messergebnis führen, das von der tatsächlichen Werkzeugkontur abweicht. Bei dem Lösungsansatz von GF AgieCharmilles, der Werkzeugvermessung ITM, wird die Werkzeugspitze bis 12 mm Durchmesser auf modernen Bildsensoren vollständig erfasst. Die Werkzeuggeometrie wird von einer speziellen Software digital „gesäubert“ und dann erst gemessen: ITM ermöglicht somit eine Werkzeugmessung mit einer absoluten Z-Referenz im Mikrometerbereich.
Die Aufgaben der Hochpräzisionsbearbeitung reichen von Bauteilen für die minimalinvasive Chirurgie über miniaturisierte Strömungsteile bis in den Werkzeug- und Formenbau, zum Beispiel für die Herstellung von Light Emitting Dioden (LED), Reflektoren oder kleinsten Formmerkmalen. Exemplarisch für die Genauigkeitsklasse dieser Maschinen sind die Ergebnisse, die auf einem Reflektoreinsatz erzielt wurden: Bei dem zu bearbeitenden Grundwerkstoff handelte es sich um einen hochlegierten, pulvermetallurgisch hergestellten CrVMo-Stahl (C1.7 Mn 0.3 Cr17 Ni-V3 Mo1) mit einer Härte von rund 60 HRC. Bei einem durchschnittlichen Materialabtrag beim Schlichten mit einem Restaufmaß von weniger als 10 µm konnte auf der gesamten Werkstückoberfläche ein Mittenrauwert von Ra = 0,020 µm = 20 Nanometer erzielt werden. Dieser Mittenrauwert entspricht der ISO-Rauheitsklasse N1. Das Ergebnis wurde sowohl in Vorschubrichtung als auch in Bahnzustellrichtung gemessen.
So wie sich im modernen Motorsport die Fahrzeuge nur dann am Leistungslimit bewegen lassen, wenn der Fahrer die elektronischen Unterstützungsfunktionen aktiviert, lassen sich die Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschinen der hier vorgestellten Baureihe auch nur dann an ihr Leistungslimit bringen, wenn die elektronische Software-Unterstützung in Form des patentierten „smart-machine“- Moduls „OSS Precision“ (Operator Support System) genutzt wird. Geleitet durch eine intuitive Benutzerführung hat der Maschinenbediener entscheidenden Einfluss auf die Stückkosten der produzierten Werkstücke. Antriebs- und Regelparameter werden von der Steuerung so überschrieben, dass der Anwender entweder in Richtung hochproduktive Geschwindigkeitsführung, hervorragende Oberflächenqualität oder absolute Konturtreue der Maschine optimieren kann. Die angestrebten Ziele werden mit hervorragender Achsendynamik schnell und zuverlässig erreicht.