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31.10.2018

Produktivitäts-Turbo Ultrasonic

Ultraschallbearbeitung , Verfahrenskombination, Advanced Materials, 5-Achs-Bearbeitung

Anspruchsvolle Werkstoffe wie Nickel- oder Titan-Superlegierungen sowie Magnesium, Wolfram oder Verbundwerkstoffe – durchaus keine Seltenheit in der Medizintechnik, Optik und Feinmechanik – lassen sich mit Ultraschallunterstützung wirtschaftlicher zerspanen.

Seit vielen Jahren schon hat DMG Mori Hochleistungs-Werkzeugmaschinen mit Ultrasonic-Technologie für die 5-Achs-Bearbeitung komplexer Werkstücke aus Advanced Materials im Programm. Mit der noch jungen Ultrasonic 20 linear wurde nochmals eine neue Leistungskategorie erklommen. Von Spindeldrehzahlen mit optional bis zu 60 000 min-1 , stärkeren Antriebsmotoren, einer noch geringeren Stellfläche sowie Celos mit speziell für die Ultrasonic entwickelten Apps profitieren Anwender aus den Bereichen Medizin, Optik, Feinmechanik und Uhren.

Komplettbearbeitung eines Orthopädie-­Implantats aus HIP-Zirconium (© DMG Mori)

Filigrane Strukturen und Oberflächengüten < 0,1 µm

Zu den technologischen Neuerungen der Ultrasonic 20 linear gehören ein neuer, vollständig digital gesteuerter Ultraschallgenerator und die Ultrasonic-Aktoren mit höherer Leistung und Drehgeschwindigkeiten bis 50 000 min-1 . Die Werkzeughalter mit angepasster Aktor-Technologie können einfach und vollautomatisch in die Frässpindel gewechselt werden. Jeder dieser Halter ist mit Piezoelementen ausgestattet, die über ein programmgesteuertes Induktionssystem mit Hochfrequenz zwischen 20 und 50 kHz aktiviert werden. Der ursprünglichen Werkzeugdrehung werden so zusätzliche Werkzeugbewegungen mit definierter Amplitude in Längsrichtung überlagert. Die resultierende Auslenkung der Schneidkanten oder Schleifflächen wird über das NC-Programm gesteuert und kann in einem Bereich von bis zu 10 µm oder sogar darüber liegen. Beim Schleifen, Bohren und Fräsen haben diese überlagerten Schwingungen einen direkten, positiven Einfluss auf die Prozesskräfte, das Abtragsvolumen und die Werkzeugstandzeit und führen damit zu reduzierten Kosten und höherer Produktivität.

Im Detail erzielt die Ultrasonic-Technologie bei der Bearbeitung von Advanced Materials wie Glas, Keramik, Saphir, Hartmetall und Verbundstoffen sowie Karbid eine höheres Abtragsvolumen, eine präzisere Kantenbearbeitung und um bis zu 40 Prozent reduzierte Prozesskräfte. Dies erhöht gleichzeitig die Präzision der Werkstücke und die Zuverlässigkeit des Prozesses wird gesteigert. Darüber hinaus führt die oszillierende Unterbrechung des Werkzeugkontakts mit dem Werkstück zu einer verbesserten Schmierung und Kühlung der Schneidkanten und zur optimalen Entfernung abgetragener Partikel aus dem Arbeitsbereich. Resultat ist eine längere Standzeit der Werkzeuge und eine ausgezeichnete Oberflächengüte mit einem Ra von bis zu < 0,1 µm bei hartspröden Hochleistungswerkstoffen. Die Ultrasonic 20 linear kombiniert in idealer Weise das Hochgeschwindigkeitsfräsen mit dem hocheffizienten Ultrasonic-Schleifen auf einer einzigen Maschine und deckt damit eine einzigartige Bandbreite an Werkstoffen ab.

Zu den technologischen Neuerungen der Ultrasonic 20 linear gehören ein neuer, vollständig digital gesteuerter Ultraschallgenerator und die Ultrasonic-Aktoren mit höherer Leistung (© DMG Mori)

Intelligente Ultrasonic-Technologie mit prozessoptimierten Amplituden

Die Ultrasonic Parameter Detection sorgt bei der Ultrasonic 20 linear mit leistungsstarken Funktionen zur Prozessüberwachung für eine automatische Erkennung der Ultraschallfrequenz, die am besten zu Aktor und Werkzeug passt. Eine weitere weltweit zum ersten Mal genutzte Funktion ist die Überwachung sowie Nachführung von Frequenz und Amplitude bei laufendem Bearbeitungsprozess. Dazu verfolgt UAT (Ultrasonic Auto Tuning) automatisch den Frequenz­verlauf und kompensiert alle äußeren Einflüsse wie etwa die Dämpfung der Ultraschallschwingungen durch die primären Prozesskräfte.

Die Option MT für das Innen-/Außenrundschleifen mit der Ultrasonic 20 linear erlaubt eine Komplettbearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken... (© DMG Mori)

So lässt sich eine durchgehende Nachregelung auf die Sollamplitude beziehungsweise auf den im NC-Programm festgelegten Wert erreichen. Der Anwender kann dadurch seinen Prozess voll ausreizen und die Werkzeugausnutzung steigern, die Zykluszeiten reduzieren und insbesondere durch die Verminderung der Prozesskräfte noch filigranere, präzisere und hochwertigere Bearbeitungsergebnisse erzielen.

Hochdynamisches, langzeitstabiles, kompaktes 5-Achs-Maschinenkonzept

Bei der Ultrasonic 20 linear baut DMG Mori auf eine langzeitstabile Gantry-Maschinenkonstruktion. Trotzdem konnte der Werkzeugmaschinenhersteller die Grundfläche der Maschine auf nur noch 3,5 m2 reduzieren. Ein Doppelantrieb für die Y-Achse und das Konzept der integrierten Kühlung, das die Temperaturüberwachung der Antriebe, Spindeln und der Steuerung sowie aller Medien nutzt, garantieren Präzision und Werkstückgüte. Die Linearmesssysteme von Magne­scale sind ein gutes Beispiel für die verbauten Hightech-Komponenten.

Bei der Neuentwicklung hat DMG Mori auch die Leistung der Antriebe erheblich ausgebaut: um 47 Prozent bei der A-Achse, um 27 Prozent bei der C-Achse und um 34 Prozent bei der Z-Achse. Die Linearantriebe erreichen Beschleunigungen von über 2 g und bieten Eilganggeschwindigkeiten von bis zu 40 m/min. Durch den von -15° bis 130° reichenden Schwenkbereich der A-Achse des Arbeitstisches und die voll integrierte 360°- Endlos-Rotationsachse – beide mit Torque-Technologie – ist die Maschine optimal für eine 5-Achs-Simultanbearbeitung geeignet. Die optional für die C-Achse mögliche Drehzahl von 1500 min-1 erlaubt auch ein Rundfräsen/Rundschleifen sowie den Drehfräsbetrieb.

...mit Schleifen und Bohren sowie Innen- und Außenbearbeitung in einer einzigen Aufspannung (© DMG Mori)

Nach der Überarbeitung ist die Ultrasonic 20 linear mit größeren Werkzeugdurchmessern von bis zu 50 mm einsetzbar. Außerdem war es möglich, das maximale Werkstückgewicht von 10 auf 15 kg zu erhöhen. In der Grundversion ist die Maschine mit einer 15-kW-Motorspindel und einer HSK-32-Werkzeugaufnahme ausgestattet, die maximale Drehzahl liegt bei 42 000 min-1 . Höhere Anforderungen an die Drehzahl können durch eine optionale Spindel erfüllt werden, die eindrucksvolle 60 000 min-1 erreicht. Abgerundet wird das Angebot in diesem Segment durch eine HSK-40-Spindel mit Permanentschmierung.
DMG Mori verfolgt generell einen modularen Aufbau der Maschinen, daher ist auch bei der Ultrasonic 20 linear eine weitreichend anwendungsspezifische Ausrüstung möglich. Die Maschine kann etwa mit einem 1 500-min-1 -Drehfrästisch geliefert werden, der die Komplettbearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke in nur einer Aufspannung auf die Arbeitsgänge Fräsen, Drehen und Schleifen ausbaut. Neben dem 24-Platz- Werkzeugmagazin mit Wechselrad ist optional auch ein 60-Platz-Kettenmagazin verfügbar.

Einzigartige Integration von Technologien

Insbesondere erweitert die Ultrasonic 20 linear durch ihre Besonderheiten den Einsatz der Ultraschallunterstützung bei spezifischen Werkstoffen, wobei speziell das Fräsen und Bohren von Nickel- oder Titan-Superlegierungen oder Materialien wie Magnesium, Wolfram sowie Verbundstoffe zu nennen sind. Bei Fräsanwendungen in Titan konnten die Prozesskräfte um bis zu 30 Prozent reduziert werden. Bei Stahl sind doppelte Vorschubgeschwindigkeiten möglich, bei anderen Werkstoffen, wie etwa Magnesium, können die Vorschubgeschwindigkeiten teilweise bis auf das Fünffache erhöht werden. Hinzu kommt, dass eine bessere Oberflächengüte erreicht wird. Das Ultrasonic-Verfahren wirkt sich deutlich auf das Spanbruchverhalten und auf die Abfuhr der Späne vom Werkzeug aus. Neben den kürzeren Spänen ergibt sich dadurch auch ein drastisch reduzierter Werkzeugverschleiß. Das macht diese Technologie für nahezu alle zukunftsorientierten Zielmärkte mit Hightech-Produkten interessant. Die Möglichkeit des Einsatzes der Ultrasonic-Technologie hat durch ihre spezifischen Vorzüge auch die Flexibilität auf eine neue Stufe gehoben. Es ist jetzt möglich, Werkstücke aus den unterschiedlichsten Werkstoffen, von weich bis zu hartspröde, bis zu fünfachsig zu bearbeiten.

Im neuen Design und mit Celos

Hochwertige, langlebige Abdeckungen als äußeres Erkennungsmerkmal mit funktionalem Mehrwert durch die optimale Zugänglichkeit sind die wichtigsten Eigenschaften des neuen, vereinheitlichten Designs von DMG Mori. Auch die Ultrasonic 20 linear hat diesen neuen, wertbeständigen Look. Die Maschinen bieten darüber hinaus auch Celos. Diese Bedienerschnittstelle mit ihrem Multi-Touchscreen ist so einfach zu nutzen wie ein Smartphone. Diese Anwenderfreundlichkeit wird durch speziell für die Ultraschallbearbeitung entwickelten Celos-Apps noch weiter gesteigert. Sie visualisieren die Ultrasonic-Technologiezyklen und die wichtigsten Prozessparameter wie Frequenz, Amplitude und Ausgangsleistung. Die Apps überwachen gleichzeitig die Prozesskräfte der Aktoren und unterstützen auch das Einrichten der Werkzeuge.

Unternehmensinformation

DMG MORI AG

Internet:www.dmgmori.com


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