Der richtige Dreh für die Mikrozerspanung

Damit die Produktionstechnik den Ideen der Entwickler und Ingenieure hinterherkommt, wenn alles immer kleiner wird, Stichwort Mikrozerspanung, müssen auch die eingesetzten Maschinen Schritt halten. Das bedeutet, Werkzeuge werden auf Minimalradien „eingedampft“ und Bearbeitungsmaschinen auf kurze Verfahrwege und hohe Präzision getrimmt. „Summiert man dazu noch die unterschiedlichen Werkstoffe und deren Anforderungen, kommen herkömmliche Herangehensweisen an die Zerspanung schnell an ihre Grenzen“, weiß Markus Reissig, Geschäftsführer der Citizen Machinery Europe GmbH aus Esslingen.

Von jeher Hochburg für Mikrozerspanungsspezialisten ist die Uhrenindustrie. Dort sind Zahnräder und Schräubchen essentielle Bauteile, bei deren Dimensionen sich nur Könner an die Maschine trauen. Doch auch in der Medizintechnik hält die Miniaturisierung stetig Einzug: Minimalinvasive Eingriffe gehören zum interventionellen Standard in OP und Katheterlabor, wozu viele medizinische Werkzeuge immer weiter geschrumpft werden.

Nicht kleiner werden allerdings die Hürden der strengen Standards bei Entwicklung und Produktion der eingesetzten Arbeitsmittel. Beste Qualität in hoher Reproduzierbarkeit ist hier gefragt. „Dazu gehört zum Beispiel auch die uneingeschränkte Spankontrolle beim Drehen, die nirgendwo wichtiger sein könnte als in der Mikrozerspanung“, so Reissig. Dies ist mit ein Grund, weshalb Citizen auch bei den Hochpräzisionsmaschinen auf sein patentiertes LFV-Verfahren setzt, dem „Low frequency vibration cutting“. Dabei erzeugen die Antriebe der bearbeitenden Achsen oszillierende Bewegungen in X- oder Z-Richtung, die mit der Spindeldrehzahl synchronisiert werden. Während einer Spindelumdrehung gibt es Richtungsänderungen der bewegten Achse. Durch diese Richtungsänderungen entstehen sogenannte „Air-cuts“, die die Späne dann definiert brechen. Wie lang die Späne sein sollen und dürfen, lässt sich im Programm durch die Veränderung der Frequenz einfach bestimmen.

In drei LFV-Modi kann sich der Anwender seine Späne ganz nach den Anforderungen der Applikation gestalten. Dazu Michael Neitzel, Anwendungstechniker bei Citizen: „Sind besonders feine Späne gewünscht, greift Modus 1. Er gibt die Anzahl der Vibrationen in einer Spindelumdrehung an. Bei Modus 2 wird die Anzahl der Spindelumdrehungen pro Vibration angegeben, zum Beispiel, wenn hohe Umfangsgeschwindigkeiten für die Fein- oder Tiefenbearbeitung mit schmalem Durchmesser verlangt sind. Unser Modus 3 bricht auch während des Gewindedrehens die Späne und konnte sicherlich schon so manches Gewinde retten.“

Video: Citizen

Die erste Maschinengattung, die das LFV-Feature implantiert bekam, war die Miyano VC03. Sie ist laut Citizen speziell für die hochpräzise Bearbeitung ausgelegt und hat sich beispielsweise in der Uhrenindustrie vielfach bewährt. Dort dreht sie mühelos kleinste Zeiger und Uhrwerksschrauben im Bereich von 0,1 mm. Wie alle Miyano-Serien profitiert sie von einem Maschinenaufbau, der auf hohe Präzision getrimmt wurde. In Sachen Aufstellfläche orientiert sie sich an den zu bearbeitenden Werkstücken: Sie ist so kompakt konstruiert, dass sie nur wenig Platz in der Produktionshalle einnimmt, betont der Hersteller.

Um die Genauigkeit zu erreichen, sind die stabilen Führungsbahnen der Maschinen handgeschabt. Mit sehr großer Steifigkeit sowie hohem Dämpfungsvermögen trägt das Gussbett zur leistungsstarken Bearbeitung und zur Verlängerung der Werkzeugstandzeiten bei. Sämtliche Hauptkomponenten der Maschine, wie Spindeln und Werkzeugschlitten, sind darauf montiert.

Mit der Miyano BNA-42GTY für Stangendurchmesser bis 42 mm kombiniert Citizen die Genauigkeit der Miyano-Baureihen mit den Tugenden, für die Cincom-Maschinen geschätzt werden: hohe Spindelleistung und schnelle Arbeitszyklen. „Dank ihrer Konfiguration mit zwei Spindeln, einem Revolver, zwei Y-Achsen und X3-Achse für die Gegenspindel können bis zu 45 Werkzeuge in der Maschine eingesetzt werden – und zwar bis zu drei gleichzeitig“, so Reissig. Ein integrierter Vertikalhalter verkürzt die Werkzeugwechsel zusätzlich.

Die R-Serie der Langdrehautomaten ist ausgelegt auf die ultrapräzise Fertigung von Klein- und Kleinstteilen bei Stangendurchmessern bis maximal 4 mm. Für die optimale Drehzahl sorgt die Hochgeschwindigkeitsspindel mit 20.000 min^-1. In Kombination mit Linear- und Servomotoren ergibt sich ein Gesamtpaket, das hohe Präzision, Kompaktheit und niedrigen Energieverbrauch garantiert, heißt es von Seiten des japanischen Herstellers.

Die Cincom M32 verbindet ein flexibles Werkzeugsystem, eine große Anzahl an verfügbaren Werkzeugen und hohe Bedienerfreundlichkeit. „Was sich aber besonders für komplexe Werkstücke bewährt hat, ist die simultane Bearbeitung mit drei Werkzeugen, erreicht durch die neue Y3-Achse am Werkzeugträger für die Rückseitenbearbeitung. Er kann mit bis zu neun Werkzeugen, davon sechs angetriebene und drei feste, bestückt werden“, ergänzt Geschäftsführer Reissig.

Dem Drehen und Fräsen, selbst mit Mikrowerkzeugen, sind irgendwann fertigungstechnische Grenzen gesetzt. Die allerdings können durch den Einsatz der Lasertechnik verschoben werden. Mit ihr lassen sich unter anderen ultrafeine Stege in hoher Präzision herstellen. Um Präzisionsdrehen und Laserschneiden zu kombinieren, entwickelte Citizen eine Hybridmaschine. „Die passende Basis dafür war die Cincom L20, da sie für komplexe 3D-Fräsoperationen entworfen wurde und sich anbot, mit der Lasertechnologie aufgerüstet zu werden“, sagt Laserexperte Neitzel. „Sie arbeitet feinste Stege, kleine Radien oder biegsame Wellen aus Rohren mit maximal 2 mm Wandstärke heraus. Präzision und enorme Reproduzierbarkeit gehen dabei Hand in Hand, vor allem, weil sämtliche Teilprozesse auf einer Maschine stattfinden – ohne Umrüsten.“

Ob mit etablierter Lang- und Kurzdrehtechnologie oder mit Laser-Hybridlösungen: Das Maschinenportfolio der Citizen Machinery Europe GmbH deckt sämtliche Facetten der Mikrozerspanung in den unterschiedlichen Industriezweigen ab. Dazu Reissig: „Damit unsere Kunden den Miniaturisierungstrends mindestens eine Schrittlänge voraus sind, stehen innovative Konzepte bei uns an oberster Stelle. So schaffen wir es mit der LFV-Technologie, bewährter Drehbearbeitung und wegweisender Lasertechnik – auf Wunsch sogar alles in einer einzigen Maschine – die Fertigungsgrenzen immer ein Stück weiter zu verschieben.“

cd