Neues „Flaggschiff“ von Fehlmann

Fehlmann hat das neuen Bearbeitungszentrum VERSA 945 vorgestellt. Dieses zeichne sich durch die Portalbauweise und einen noch größere Arbeitstraum mit entsprechenden Verfahrwegen und Kugelgewindetriebe aus.

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Das 5-Achs-Bearbeitungszentrum VERSA 945 (Bildnachweis: Fehlmann)

Die ersten Bearbeitungszentren mit Portalkonzept lieferte die Fehlmann AG bereits 2009 mit der VERSA 825 serienmäßig aus. 2017 stellte das Unternehmen mit der VERSA 645 erstmals den Linearmotor vor. Diese beiden Bearbeitungszentren sind vom Grundkonzept, dem Portal, sehr ähnlich, und überzeugen mittlerweile seit Jahren in der Praxis.

Fehlmann hat deswegen bei der Neuentwicklung der VERSA 945 die Highlights dieser beiden Bearbeitungszentren vereint. Ziel des neuen Bearbeitungszentrums ist, damit einen noch universelleren Einsatz hinsichtlich der Abmessungen und Verfahrwege, verbunden mit der von Fehlmann gewohnten Präzision, Zuverlässigkeit und Möglichkeiten zur Automatisierung anzubieten.

Nach diesen Richtlinien gestaltete sich auch das Pflichtenheft für die neue Maschine. Der Arbeitsraum wurde mit einem Werkstückdurchmesser von 650 mm und einer Einbauhöhe von 650 mm bei max. Werkstückhöhe von 460 mm definiert. Der Schwenkbereich und die Verfahrwege mussten dementsprechend größer werden. Das Ergebnis ist ein Y-Hub von 800 mm und in Z von 500 mm, um Werkstücke ideal bearbeiten zu können.

Der Arbeitsraum ist mit einem Werkstückdurchmesser von 650 mm und gleicher Einbauhöhe von ebenfalls 650 mm definiert. Auch der Schwenkbereich und die Verfahrwege wurden dementsprechend größer. (Bildnachweis: Fehlmann)

Der Schwenkbereich bzw. das beidseitige Schwenken war den Verantwortlichen bei der Entwicklung der VERSA 945 wichtig und deshalb auch Bestandteil des Pflichtenhefts, denn durch das beidseitige Schwenken finden weniger Ausgleichsbewegungen statt. Das führt vor allem bei Simultanteilen zu präzisen Oberflächen sowie messbarem Zeitgewinn.

Einen besonderen Stellwert bei der Neuentwicklung hatte aber auch das Gesamtlayout, denn ca. 70 Prozent der Maschinen von Fehlmann sind automatisiert im Einsatz. Davon werden ca. 50 bis 60 Prozent automatisiert ab Werk ausgeliefert. Mit der VERSA 825 wird man diesen Anforderungen seit Jahren gerecht. Eine Seite ist dabei komplett für die Automatisierung vorgesehen.

Die VERSA 945 ist ähnlich wie die VERSA 645 von vorn zugänglich, die rechte Seite für die Automation. Die Öffnung zur Automation wurde von Fehlmann hier sehr großzügig ausgelegt, denn Handling-Geräte, Roboter oder auch Knickarmlösungen arbeiten teilweise mit sehr großen Teleskopachsen. Zusätzlich kann an dieser Seite ein Zugang zum Arbeitsraum genutzt werden.

Gewichtsoptimiert und mit hoher Steifigkeit

Das Maschinenkonzept der VERSA 945 beruht wie bereits erwähnt auf der Portalbauweise, die Basis ist aus Grauguss. Ein Werkstoff, so Urs Schmid, Leiter Entwicklung/CTO und Mitglied der Geschäftsleitung, der für eine hochpräzise Maschine einfach der bessere Werkstoff ist.

Die Y- und Z-Achse sind wie bisher wegen der hohen Steifigkeit in den Werkzeugachsen, die X-Achse mit dem Rund-Schwenktisch (Schwenkbrücke mit Gegenlager) auf der gesamten Bettlänge abgestützt. Der Rund-Schwenktisch verfügt, wie alle VERSA-Modelle, über einen Direktantrieb. Auf dem Maschinenbett mit 3-Punkt-Auflage gleitet der X-Schlitten mit einem zusätzlichen Führungswagen. Dadurch erreicht man ein besseres Schwingungsverhalten und mehr Steifigkeit mit dem Rund-Schwenktisch, denn der Antrieb ist unten gelagert, gefräst wird oben.

Wie aktuell üblich, wurde die gesamte Maschinenstruktur von Fehlmann mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet, um die Steifigkeit und das Schwingungsverhalten zu optimieren. Das Ergebnis ist, dass alle bewegten Teile gewichtsoptimiert aus hochfestem Sphäroguss hergestellt sind und so eine hohe Steifigkeit, dynamische Genauigkeit sowie einen minimalen und beherrschbaren Wärmegang aufweisen. Nach Untersuchungen hat man bei Fehlmann zudem festgestellt, dass der Sphäroguss GGG 50 und GGG 60 bei gleichbleibendem Gewicht die Steifigkeit signifikant erhöht.

Dynamik mit Linearmotoren vergleichbar

Zu den wesentlichen Änderungen nach umfangreichen Konzeptstudien zählen bei der VERSA 945 aber auch die Antriebstechnik und Bedienung. Hinsichtlich des Antriebs war allerdings relativ schnell klar, dass man auf den Kugelgewindetrieb (KGT) setzten wird.

Beim Antriebskonzept war relativ schnell klar, dass man auf Kugelgewindetrieb und Doppelmutter setzten wird. (Bildnachweis: Fehlmann)

Urs Schmid sieht das als eine logische Konsequenz: „Je größer und schwerer die Achsen werden, die man bewegt, desto weniger effizient ist der Linearmotor. Bei der VERSA 645 haben wir den Linearmotor in der X-Achse mit einer Magnetanzugskraft von 2,5 to. Bei dem Motor für die VERSA 945 wären 4,0 to. notwendig geworden. Diese Kraft muss man aufnehmen können, die Führungen entsprechend dimensionieren und den Schlitten hochsteif konstruieren.

Deshalb haben wir uns für hochpräzise geschliffene KGTs und Doppelmutter für die Kurzhubanwendung entschieden. Diese Entscheidung hat den Vorteil, dass das Antriebskonzept über die Kurzhubanwendung, z.B. auch das Trochiodalfräsen ermöglicht. Abgesehen davon, mit einer außergewöhnlich guten Beschleunigung und 50m/min Eilgang in allen Achsen ergeben sich kaum Einbußen gegenüber dem Linearmotor.“

Im Gegensatz dazu erreicht man damit aber auch eine wesentlich höhere Vorschubkraft. Und die Präzision, so Urs Schmid, kommt ohnehin aus den Glasmaßstäben.

Die maximale Palettengröße, die automatisierbar ist, beziffert Fehlmann mit 400 mm. Neu sind allerdings sechs pneumatische Drehdurchführungen, weil immer wieder die Anforderungen nach Spannsystem auf Spannsystem kamen. Optional kann man die VERSA 945 nun auch mit drei hydraulischen und einer pneumatischen Leitung ordern.

Die Steuerung der Maschine ist nach wie vor eine Heidenhain TNC 640. Diese ist jetzt hinter dem Bildschirm integriert. Also da, wo Anwender sie auch suchen.

Der direkte Dialog mit der Steuerung

Die Steuerung der Maschine ist eine Heidenhain TNC 640. Neu dabei, diese ist hinter dem Bildschirm integriert. (Bildnachweis: Fehlmann)

Beim Werkzeugwechsel setzt Fehlmann mit der VERSA 945 weiter auf schnelle Doppelgreifer. In der Standardausführung bietet das Kettenmagazin 48 Plätze, optional 80. Wahlweise kann auch auf das Regalmagazin mit 256 Plätzen zurückgegriffen werden.

Derzeit plant Fehlmann noch ein wesentlich größeres aber platzsparendes Werkzeugmagazin. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass für das Werkzeugmagazin die entsprechenden Daten im Fehlmann Toolmanagement und der Heidenhain-Steuerung hinterlegt sind. Durch ein Schwenken der Steuerung ist außerdem eine optimale Sicht auf die Beladestation gewährleistet.

Zusammenfassend scheint Fehlmann mit der VERSA 945 wieder ein Maschinenkonzept entwickelt zu haben, dass den Marktanforderungen mehr als gerecht wird. Trotz widrigster Umstände, wie Covid-Pandemie, Lieferproblem mit dem Guss etc. hat man sich beim Bau des Prototypen noch innerhalb des gesetzten Zeitplanes bewegt.

Erste einzelne Komponenten wurde im Februar 2020 bereits getestet, das neue „Flaggschiff“ pünktlich zur Hausausstellung den Besuchern vorgestellt. Derzeit werden noch zwei weitere Bearbeitungsmaschinen gebaut: eine für Versuchs- und Testzwecke und die zweite Maschine ist bereits von einem Kunden in der Schweiz geordert.

Kontakt:

www.fehlmann.com