Eine Publikation der Binkert Medien AG
Ausgabe 04/2016, 14.04.2016

Wenn jede Sekunde zählt

Mit ihrem neuen Hochpräzisions-NC-Fräszentrum «s100multi» bedient Bumotec die komplette Bandbreite des Uhrenmarktes, von der Herstellung schlichter Zeitmesser für den preis­sensitiven Massenmarkt bis zu derjenigen von hochpreisigen Sammlerstücken in Kleinserien. Die extrem präzise Antriebs- und Steuerungstechnik für das Fräszentrum auf CNC-Basis entstand in enger Engineering-Partnerschaft mit Bosch Rexroth.

(msc) Hochwertige mechanische Uhren machen fast 80 Prozent des Umsatzes am 24,3 Milliarden Dollar (2014) betragenden Ausfuhrvolumen des Schweizer Uhrenexportes aus. Die Devise in deren Produktion heisst also: So genau und schnell wie nur möglich. Mit dem NC-Fräszentrum s100multi bringt Bumotec eine Maschine, die die Schweizer Präzision mit hoher Produktionsgeschwindigkeit verbindet und diese beiden Anforderungen erfüllt. Das Fräszentrum besteht aus vier quadratisch angeordneten Arbeitsstationen, die identische oder unterschiedliche Werkstücke gleichzeitig bearbeiten.

Als Beispiel in der Uhrenfertigung soll die Platine dienen. Sie bildet die Basis jedes mechanischen Uhrwerks und trägt unzählige Bohrungen, die unter anderem als Lager für Zahnradachsen dienen. Die Durchmesser der Löcher sind selten gleich. Jedes unterschiedliche Loch hätte also einen Werkzeugwechsel mit Totzeiten zur Folge.

Bumotec geht deshalb einen eigenen Weg und bohrt die Löcher nicht mehr, sondern fräst diese mit exaktem Durchmesser in die Platine. Viele Werkzeugwechsel entfallen so. Das Werkzeug muss dafür allerdings exakte Kurven fahren, was hohe Anforderungen an die Steuerungstechnik stellt.

Deshalb nahm Bumotec im Vorfeld der Maschinenentwicklung Lösungen unterschiedlicher Hersteller unter die Lupe. Mit einem speziellen Messaufbau wurde anschliessend die Präzision gemessen. Die Automatisierungslösung von Rexroth hinterliess den besten Eindruck. Als Herausforderung für die Steuerungsbauer stellte sich dabei nicht die Geschwindigkeit heraus, sondern die Präzision. Sobald gewisse Dynamikwerte überschritten wurden, stieg die Fehlerrate steil an. Nur das System aus der CNC-Steuerung «Indramotion MTX» und «IndraDrive»-Servoantrieben blieb präzise und übertraf dabei das Pflichtenheft.

Unter anderem war gefordert, dass der Effizienzgewinn durch Fräsen mit interpolierenden Achsen ohne Werkzeugwechsel die Produktionsgeschwindigkeit nicht beeinträchtigen durfte. Erschwerend kam hinzu, dass die absolute Genauigkeit in der Bearbeitung bei gerade einmal 1,5 µm und die Wiederholgenauigkeit bei 1 µm liegen musste, um den genauen Gang der produzierten Uhren gewährleisten zu können.

Jede Bearbeitungsstation besteht aus einer X- und Y-Achse sowie zwei Z-Achsen. Während der Werkstückbearbeitung sind die X-, Y- sowie eine Z-Achse im koordinierten Mehrachsverbund im Einsatz, während die zweite Z-Achse für den Werkzeugwechsel zuständig ist. Dieser Aufbau sorgt dafür, dass das Bearbeitungszentrum fortlaufend produzieren kann, während der Wechsel für den nächsten Bearbeitungsschritt vorbereitet wird. Dies ermöglicht eine mit 0,5 s extrem kurze Span-zu-Span-Zeit.

Neben der hohen Produktivität leistet der Dreiachsverbund mit 50 m/min schnelle lineare Verfahrgeschwindigkeiten bei einem Arbeitsweg von maximal 80 mm. Die Beschleunigungswerte gibt Bumotec mit knapp 3 g an. Damit sind die Maschinen dreimal schneller, als herkömmliche WZM, weil die Werkzeuge früher ihre Arbeitsgeschwindigkeit von bis zu 60 000 min-1 erreichen. Da komplexe Bauteile 60 bis 80 Werkzeugwechsel benötigen, summieren sich die eingesparten Sekunden zu Minuten.

Weil sich jede noch so kleine Optimierung angesichts hoher Stückzahlen in Summe lohnt, war Bosch Rexroth eng ins Engineering-Projekt eingebunden. Die hohe Produktionsgeschwindigkeit in Kombination mit der ebenfalls hohen Präzision mündet bei der antriebstechnischen Umsetzung in der sehr genauen 3D-Interpolation in allen drei Linearachsen. Nur so lassen sich runde wie ovale Aussparungen oder Bohrungen ohne Werkzeugwechsel fräsen. Die Auflösung der Rexroth-CNC-Steuerung beträgt in allen drei Linear­achsen 0,005 µm.

Bei Bumotec hat IndraMotion MTX ihre Rechenperformance bei mehr als 20 Achsen und mehreren parallelen Bearbeitungsschritten unter Beweis gestellt.

Bumotec 1625 Sâles, Tel. 026 351 00 00 admin@bumotec.ch

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Dank Mehrkernprozessor arbeitet die CNC-Plattform IndraMotion MTX die Programme sehr schnell ab und erhöht so die Produktivität. (Bild: Bosch Rexroth)


Das NC-Fräszentrum s100multi: Die Werkstücke werden in vier quadratisch angeordneten Arbeitsstationen gleichzeitig bearbeitet. (Bild: Bumotec)