Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPAKonturpräzisions-Schleifmaschine in Gemeinschaftsprojekt entwickelt
Neue Spannvorrichtung bringt Halbzeuge in Form
Bei der Herstellung schlanker Halbzeuge treten unsymmetrische Spannungen auf. Insbesondere Fräsen oder Härten führt dazu, dass krumme oder verwundene Werkstücke entstehen. Da viele Bauteile wie Zahnstangen oder Führungsschienen strengen Geradheitsanforderungen unterliegen, müssen sie mit zeit- und kostenintensiven Verfahren wieder in Form gebracht werden. Das Fraunhofer IPA hat mit der Firma Habrama eine Konturpräzisions-Schleifmaschine (KPSM) entwickelt, die die Verformung beseitigt und dabei die Zykluszeit reduziert.
Bei herkömmlichen Schleifmaschinen wird das Halbzeug nicht torsionsfrei, also ohne Verformung, aufgespannt. »Das Bauteil ist anschließend zwar geschliffen, aber immer noch krumm«, kritisiert Uwe Schleinkofer, Projektleiter am Fraunhofer IPA. Ein späteres Torsionsrichten, bei dem das Werkstück wieder in Form gebracht wird, ist aufwendig und teuer. »Möglich wäre zwar, das Bauteil mehrfach zu schleifen, bis es gerade ist. Aber auch hier fallen hohe Kosten an«, ergänzt der Experte.
Vorrichtung ermöglicht torsionsfreies Aufspannen
Die neuartige KPSM der Firma Habrama und dem Fraunhofer IPA bietet hier einen entscheidenden Vorteil: Schlanke Halbzeuge lassen sich torsionsfrei aufspannen. Möglich macht dies ihre besondere Spannvorrichtung aus festen und beweglichen Auflagen. »Die festen Komponenten befinden sich an den Enden der Apparatur und zentrieren das lange, prismatische Werkstück. Die mittleren bilden mit mehreren Freiheitsgraden ein flexibles Spannsystem, das sich automatisch an seine Kontur anpasst«, informiert Schleinkofer. Dieser spezielle Aufbau ermöglicht es, Höhen, den seitlichen Versatz oder die Verdrehungen eines Bauteils auszugleichen und das Werkstück verzugsfrei zu spannen. »Weil der Toleranzbereich nun größer ausfallen kann, verliert ein dem Schleifen vorgelagertes Richten an Bedeutung. Das senkt die Kosten«, erläutert der Projektleiter.
Zykluszeit durch beidseitiges Schleifen reduziert
Die Innovation biegt aber nicht nur Bauteile gerade, sie verkürzt auch den Schleifprozess. So wird der Körper mit magnetischer Spannkraft in einem Prisma festgehalten. Da die beiden oberen Flächen freiliegen, lassen sie sich gleichzeitig im rechten Winkel zueinander schleifen. »Mit der reduzierten Zykluszeit lässt sich erneut Geld sparen«, freut sich der IPA-Wissenschaftler. Das System ist modular aufgebaut, sodass Bauteile mitquadratischem oder rechteckigem Querschnitt in verschiedenen Dimensionen und einer Länge bis zu 4000 Millimeter bearbeitet werden können. Die Spannvorrichtung wurde zum Patent angemeldet.
Höhere Schleifqualität bei weniger Stillstandzeiten
Die KPSM selbst kann sowohl flach- als auch profilschleifen. Da verschiedene Konturen frei programmierbar abgerichtet werden können, ist die Anlage zudem deutlich flexibler als herkömmliche Modelle. Insbesondere im Zeitalter von Industrie 4.0 sei das ein wesentlicher Mehrwert, erläutert Josef Braunsteffer, Geschäftsführer der Habrama GmbH. Eine hohe Oberflächenqualität garantiert ihr vollautomatisches Wuchtsystem. »Die Unwuchten werden frühzeitig erkannt und beseitigt«, fährt er fort. Darüber hinaus wird die Schleifscheibe während des Schleifvorgangs, d. h. hauptzeitparallel, mit einem Diamantrad abgerichtet. Bei gleichbleibendem Schleifergebnis treten somit weniger Stillstandzeiten auf.
Intuitive Bedienung und ergonomisches Handling
Kühlschmierstoffe – unverzichtbare Bestandteile jeder Schleifmaschine – werden in einer Kühlmitteleinrichtung mit integriertem Tiefbettfilter bereitgestellt. Optional steht eine automatische Kühlmittelzufuhrverstellung zur Verfügung, die dafür sorgt, dass sich die Düse bei Abnutzung eigenständig an den Schleifscheibendurchmesser anpasst. Außerdem haben die Entwickler modernste Linearantriebstechnik und eine vollautomatische Aufmaßermittlung integriert. »Dadurch entsteht eine hohe Dynamik, die die Produktivität zusätzlich steigert«, betont Braunsteffer. Weiterhin haben die Experten von Habrama und dem Fraunhofer IPA Wert auf ein intuitives Bedienkonzept gelegt: »Somit fallen keine langen Schulungen an«, so der Geschäftsführer. Auch ergonomische Aspekte seien bei der Konzeption berücksichtigt worden.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) hat das Kooperationsprojekt gefördert. Mit Spannvorrichtung eignet sich die Anlage vor allem für Zahnstangenhersteller, ohne den Zusatz kann sie jeder Maschinen- und Werkzeugbauer einsetzen. Erstmals gezeigt wurde die Innovation im Oktober auf der EMO 2015 in Mailand. Demnächst wird die erste Maschine an einen Kunden ausgeliefert.