DMG Mori bietet seit vielen Jahren Hochleistungs-Werkzeugmaschinen mit Ultrasonic-Technologie für die 5-Achs-Bearbeitung komplexer Werkstücke aus Advanced Materials an. Mit der neuen «Ultrasonic 20 linear» erobert diese Baureihe jetzt eine neue Klasse und zwar mit Spindeldrehzahlen optional bis zu 60.000^-1, stärkere Antriebsmotoren, eine noch geringere Stellfläche plus CELOS mit speziell für die Ultrasonic entwickelten Apps.

Zu den wichtigsten technologischen Neuerungen der der «Ultrasonic 20 linear» gehören ein neuer, vollständig digital gesteuerter Ultraschallgenerator und die Ultrasonic-Aktoren mit höherer Leistung und Drehgeschwindigkeiten von bis zu 50.000^-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 bzw. der 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.

Um bis zu 40 Prozent reduzierte Prozesskräfte

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 Werkzeugkontaktes 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 von bis zu < 0,1 µ bei hart-spröden Hochleistungsmaterialien.

Die «Ultrasonic 20 linear» kombiniert in idealer Weise das Hochgeschwindigkeitsfräsen mit dem hocheffizienten Ultrasonic-Schleifen von Advanced Materials auf einer einzigen Maschine. Sie ermöglicht die Bearbeitung einer nie dagewesenen Bandbreite von unterschiedlichen Materialien.

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. So lässt sich eine durchgehende Nachregelung auf die Sollamplitude bzw. 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 5-Achsen-Maschinenkonzept – kompakt auf nur 3,5 m² Stellfläche

Bei der «Ultrasonic 20 linear» baut DMG Mori auf eine langzeitstabile Gantry-Maschinenkonstruktion, um alle Anforderungen der Ultraschallbearbeitung sicher erfüllen zu können. 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 höchste Präzision und Werkstückgüte. Die Linearmesssysteme von Magnescale sind ein gutes Beispiel für die Hightech-Komponenten, die DMG Mori hier eingesetzt hat.

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 Maximalbeschleunigungen von mehr als 2 g und bieten Eilgang-geschwindigkeiten von bis zu 40 Metern pro Minute.

Durch den von -15° bis 130° reichenden grossen Schwenkbereich der A-Achse des Arbeitstisches und die voll integrierte 360°-Endlos-Rotationsachse - beide mit Torque-Technologie - ist die «Ultrasonic 20 linear» optimal für eine 5-Achsen-Simultanbearbeitung geeignet. Die optional für die C-Achse mögliche Drehzahl von 1.500-1 erlaubt auch ein Rundfräsen/Rundschleifen sowie den Dreh-/Fräsbetrieb.

Jetzt auch mit grösseren Werkzeugdurchmessern von bis zu 50 mm einsetzbar

Nach der Überarbeitung ist die «Ultrasonic 20 linear» jetzt auch mit grösseren Werkzeugdurchmessern von bis zu 50 mm einsetzbar. Ausserdem war es möglich, das maximale Werkstückgewicht von 10 kg auf 15 kg zu erhöhen. In der Grundversion ist die Maschine mit einer leistungsstarken 15 kW-Motorspindel und einer HSK-32-Werkzeugaufnahme ausgestattet, die maximale Drehzahl liegt bei 42.000^-1. Höhere Anforderungen an die Drehzahl können durch eine optionale Spindel erfüllt werden, die eindrucksvolle 60.000^-1 erreicht. Abgerundet wird das Angebot in diesem Segment durch eine HSK-40-Spindel mit Permanentschmierung.

Das modulare Konzept von DMG Mori ermöglicht eine weitreichend anwendungsspezifische Ausrüstung der Maschinen - das gilt natürlich auch für die «Ultrasonic 20 linear». Die Maschine kann beispielsweise auch mit einem 1.500^-1 Dreh-Frästisch geliefert werden, der die Komplettbearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke in einer einzigen Aufspannung auf die Arbeitsgänge Fräsen, Drehen und Schleifen ausbaut. Neben dem 24-Platz-Werkzeugmagazin mit Wechselrad ist optional auch ein 60-Platz-Kettenmagazin verfügbar.

Vorschub­geschwindigkeiten können teilweise bis auf das Fünffache erhöht werden

Insbesondere erweitert die «Ultrasonic 20 linear» durch ihre Besonderheiten den Einsatz der Ultraschallunterstützung bei spezifischen Materialien, 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 Materialien, etwa Magnesium, können die Vorschub­geschwindigkeiten teilweise bis auf das Fünffache erhöht werden.

Bei Fräsanwendungen in Titan konnten die Prozesskräfte um bis zu 30 Prozent reduziert werden. Bei Stahl sind doppelte Vorschubgeschwindigkeiten möglich. 

Hinzu kommt, dass eine bessere Oberflächengüte erreicht wird. Das Ultrasonic-Verfahren wirkt sich deutlich auf das Spanbruchverhalten und auf die Abführung der Späne vom Werkzeug aus. Neben den kürzeren Spänen ergibt sich dadurch auch ein drastisch reduzierter Werkzeugverschleiss. Dadurch wird die 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 Materialien, von weich bis zu hart-spröde, in fünf Achsen für den Formenbau, die Medizintechnik, die Automobilbranche und die Luft- und Raumfahrt zu bearbeiten.

Kennst du schon unsere durchgängigen Digitalisierungslösungen? Mit unserem „Path of Digitization“ erfolgt die digitale Transformation einer Bottom-Up-Strategie von der CELOS Machine über CELOS Manufacturing bis hin zur Digital Factory.https://t.co/xryaH92lhR pic.twitter.com/HC2nojHC08

— DMG MORI Germany (@dmgmorigermany) 12. März 2018

«Ultrasonic 20 linear» in neuem 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 Look, dessen Einfluss auf die Wertbeständigkeit nicht zu unterschätzen ist. Die Maschinen bieten darüber hinaus auch CELOS.

Diese Bedienerschnittstelle mit ihrem einzigartigen 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.