MechaSpeed

Problemstellung
Im Werkzeug- und Formenbau, speziell für Kunststoffbauteile, nimmt die Variantenvielfalt mit komplexen dreidimensionalen Oberflächen ständig zu. Immer kürzere Produktlebenszyklen und die Forderung nach immer schnellerer Markteinführung erfordern schnelle und hochgenaue Produktionssysteme, die in der Lage sind, die heute erreichbaren Bearbeitungs-geschwindigkeiten und Oberflächengenauigkeiten maßgeblich zu übertreffen. Bei einigen Formen müssen Formelemente nicht nur gefräst sondern auch durch Koordinatenschleifen hergestellt werden, weil für diese Elemente höchste Genauigkeiten gefordert werden, die sich durch einen Fräsprozess nicht realisieren lassen

Projektziele
Das Ziel des Verbundprojekts war, eine Werkzeugmaschine und den zugehörenden Prozess zu entwickeln, damit die Formen in einer Maschine und einer Aufspannung bearbeitet werden können. Nur durch diese Verfahrenskombination können die angestrebten, vom Markt zunehmend nachgefragten Produkteigenschaften wirtschaftlich realisiert werden. Die zeit- und kostenintensive manuelle Nachbearbeitung der Werkstücke kann so erheblich reduziert oder ganz vermieden werden.

Vorgehensweise
Die Maschinenspindel und Führungen wurden als mechatronische Elemente ausgelegt, um störende Einflüsse wie Unwuchten oder Schwingungen zu reduzieren. Alle bewegten Maschinenelemente wurden so gestaltet, dass höchste Steifigkeit bei geringster Masse vorliegt. Weiterhin wurden neue Achsantriebe verwendet, die eine verbesserte Gleichförmigkeit der linearen Bewegungen und eine genauere Positionierung auch bei hohen Beschleunigungen gewährleisten. Die Verbesserung der Bewegungsführung umfasste neben der Entwicklung neuer Maschinenkomponenten auch die Entwicklung neuer Steuerungs- und Regelungstechnologien, um eine gleich bleibende Qualität der Werkstücke zu gewährleisten. Nach Planung und Konstruktion wurden die einzelnen Komponenten gebaut und in iterativen Schritten optimiert. Im Anschluss daran wurden die Komponenten in einen Demonstrator integriert und erfolgreich getestet.


Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die neue Werkzeugmaschine erlaubt eine deutlich schnellere und genauere 3D-Bearbeitung komplexer Oberflächen im Formenbau. Dazu wurden die Fertigungsverfahren Fräsen und Schleifen in ein Bearbeitungszentrum integriert und wesentliche Komponenten und Maschinenelemente neu gestaltet und optimiert. Die Rauigkeitswerte konnten von Ra 0,2 µm auf weniger als 0,1 µm und die Arbeitsgenauigkeit von 10 µm auf weniger als 5 µm verbessert werden. Dadurch lässt sich auch der Zeitaufwand für das manuelle Polieren der Formen erheblich reduzieren. Die schnelle, zuverlässige und kosteneffiziente Herstellung von dreidimensionalen Oberflächen ist ein maßgeblicher Wettbewerbsvorteil in dieser Branche. Mit einer solchen Maschine können Formen- und Werkzeugbauer kurzfristig auf das sich immer schneller ändernde Modeempfinden in der Konsumgüterindustrie und die ständig zunehmende Variantenvielfalt reagieren und auch für komplexe dreidimensionale Formen kurze Produktlebenszyklen und eine schnelle Markteinführung garantieren.
Potenzielle Anwender sind Dienstleister im Bereich HSC-Fräsen mit Schwerpunkt Gesenkbau, Prototypen und Präzisionsteile, Formenbau für Spritzgussformen für die Flaschenherstellung, Mehrfachwerkzeuge mit vielen Kavitäten und hoher Genauigkeit, Werkzeugbau für Präzisionsstanztechnik, Automobilzulieferer für Motorkomponenten, Bauteile für den Fahrzeuginnenraum, Lichttechnik und sonstige
Kunststoffteile, Hersteller von biometrischen Werkstücken und Mikrostrukturen.

Betroffene Branchen sind Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie, Telekommunikation, Informations- und Unterhaltungsgeräte, medizinische Geräte, Sportartikel, Haushaltswaren, Verpackungsindustrie, Armaturen u.s.w.