Bauteile für Flugzeugindustrie äußerst wirtschaftlich fräsen
Der amerikanische Zulieferer Triumph Structures Wichita setzt in seinem umfangreichen Maschinenpark auf eine speziell angepasste Portalfräsmaschine von F. Zimmermann. Damit kann das Unternehmen Komponenten für die Flugzeugindustrie flexibel herstellen – sowohl einzelne Bauteile mit einer Gesamtlänge von mehr als 25 Metern als auch zwei kleinere Werkstücke gleichzeitig und unabhängig voneinander.
Mit seinen besonderen Anforderungen an eine Portalfräsanlage konfrontierte Triumph Structures mit Sitz im US-amerikanischen Wichita/Kansas, Mitglied der amerikanischen Triumph Group, die F. Zimmermann GmbH. Das Ergebnis von Zimmermann überzeugte den Zulieferbetrieb.
Triumph Structures Wichita hat sich auf die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von komplexen monolithischen Präzisionsteilen aus Aluminium und Titan für die Flugzeugindustrie spezialisiert. Diese Werkstücke können Wandstärken von nur 0,5 Millimetern aufweisen. Das Unternehmen setzt für die Produktion 21 fünfachsige Maschinen ein, mit denen Bauteile bis zu 25 Metern Länge bearbeitet werden können. Diese werden ergänzt durch mehr als 20 drei- und vierachsige Bearbeitungszentren für die Herstellung von Strukturteilen aus Aluminium und härteren Materialien wie Titan. Unter den Werkstücken finden sich tragende Teile für Flugzeugflügel, aber auch Verkleidungsteile, Fahrwerkskomponenten und Bulkheads – das sind Abtrennungen, die in Flugzeugen zum Beispiel die Economy und die Business Class teilen.
Maßgeschneiderte Maschinenkonfiguration mit zwei Portalen
Obwohl Triumph Structures Wichita über einen umfangreichen Maschinenpark verfügt, fehlte dem Zulieferer eine Anlage, mit der er flexibel verschiedene Aufgaben bearbeiten kann. Zum einen wollte das Unternehmen sehr lange Werkstücke mit zwei Frässpindeln gleichzeitig fräsen können. Weil deren Herstellung meist mehrere Tage beansprucht, sollte diese über verschiedene Möglichkeiten der Kompensation verfügen. Das ist wichtig, um der thermischen Ausdehnung des Werkstoffs gerecht zu werden und den Tool Center Point entsprechend zu positionieren. Zum anderen wollte Triumph in der Lage sein, zwei kleinere Werkstücke parallel zu bearbeiten.
Drei-Achs-Fräskopf M3 ABC: Die Schwenkwinkel der Rundachsen sind so ausgelegt, dass sich Werkstücke mit konstantem Vorschub sechsachsig simultan bearbeiten lassen (Bild: Siemens/USA)
Mit der F. Zimmermann GmbH aus dem schwäbischen Neuhausen in der Nähe von Stuttgart verbindet die Triumph Group eine lange Partnerschaft. Der Maschinenbauer lieferte in der Vergangenheit verschiedene Portalfräsmaschinen, die bei Triumph erfolgreich im Einsatz sind. Um die aktuellen Anforderungen zu erfüllen, passten die Ingenieure der F. Zimmermann GmbH eine Portalfräsmaschine vom Typ FZ100 an die speziellen Bedürfnisse des Anwenders an. Dazu statteten sie die sechsachsige Anlage mit einem Doppel-Gantry aus. Beide Portale verfügen über den patentierten Drei-Achs-Fräskopf M3 ABC. Die Schwenkwinkel der Rundachsen sind so ausgelegt, dass sich Werkstücke mit konstantem Vorschub sechsachsig simultan bearbeiten lassen – bei sehr geringen Schwenkbewegungen und sehr hoher Oberflächengüte. Jedem Gantry ist ein Werkzeugmagazin und eine eigene Steuerung vom Typ Sinumerik 840D solution line von Siemens zugeordnet.
Zwei Maschinen in einer Anlage
Um zwei Bauteile gleichzeitig herstellen zu können, setzten die Ingenieure von Zimmermann eine Trennwand mittig in die Maschine ein. Diese erlaubt es, zwei unterschiedliche Bauteile mit je einem Portal unabhängig voneinander zu bearbeiten. Damit kann das Unternehmen diese Anlage wie zwei Maschinen nutzen. Wird die Trennwand entfernt, steht dem Anwender ein Maschinentisch mit einer Länge von 30 Metern sowie zwei CNC-gesteuerte Fräsköpfe zur Verfügung. Dabei wird die Position beider Portale ständig durch die Steuerung überwacht, um Kollisionen völlig auszuschließen und die Anlagensicherheit zu erhöhen. Weil die Position des Tool Center Point beider Fräsköpfe ebenfalls überwacht wird, bearbeitet die Maschine mit zwei Spindeln gleichzeitig das komplette Bauteil, ohne die Oberflächengüte merklich zu beeinträchtigen.
Hochpräzise gesteuert
Wie Harry Thurmond, Präsident vom Triumph Structures in Wichita, erklärt, kann das Unternehmen seit den 1990er Jahren Bauteile fünfachsig bearbeiten. Damit ist das Unternehmen stetig gewachsen und kann heute den Kunden aus der Luftfahrtindustrie neue Möglichkeiten bieten. Anfangs war die Länge der Werkstücke auf etwa sieben Meter begrenzt. Doch im Laufe der Zeit wurde es notwendig, Bauteile mit Längen von circa zwölf Metern zu bearbeiten.
Bei der Herstellung von Komponenten für die Luftfahrtindustrie wird meist sehr viel Material abgetragen. Deshalb sollten die Bearbeitungsmaschinen besonders robust sein. Und weil die Fräsbearbeitung oft mehrere Tage benötigt, ist eine hochpräzise Steuerung erforderlich. Für Matthias Tockook, Präsident von Zimmermann Inc., war es deshalb klar, dass nur der Einsatz der Sinumerik 840D solution line für diese Aufgabe in Frage kommt. Die Maschine muss zuverlässig die Bewegungsachsen steuern und einen unabhängigen und zugleich aufeinander abgestimmten Betrieb der Portale sicherstellen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen.
Weil die Fräsbearbeitung oft mehrere Tage benötigt, ist mit der Sinumerik 840D solution line eine hochpräzise Steuerung im Einsatz (Bild: Siemens/USA)
Werkstücke werden mit einer sehr hohen Oberflächengüte bearbeitet (Bild: Siemens/USA)
Verbesserte Bearbeitungszeiten
Von der Konzeption der Anlage bis zur kompletten Inbetriebnahme benötigte die F. Zimmermann GmbH nur 18 Monate. Die Maschinenkomponenten wurden zuerst im Werk vollständig auf ihre Funktionsfähigkeit getestet, bevor sie bei Triumph installiert wurden. Wie Aaron Daugherty von Professional Sales Services in Wichita, der Zimmermann vor Ort vertritt, erklärt, erwies sich im Betrieb das Konzept der Anlage, bestehend aus zwei Fräsköpfen verbunden mit der vorausschauenden Funktionsweise der CNC, als vorteilhaft. Das zeigt sich insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei typischen Aufgaben der Luftfahrtindustrie – wie dem zyklusgesteuerten Fräsen von Taschen. Ändert das Bauteil seine Oberflächenkontur, passt die FZ100 die Bearbeitungsgeschwindigkeit ideal an. Der Anwender kann somit das Gesamtergebnis um bis zu 35 Prozent verbessern und auf nachträgliches Entgraten oder Polieren völlig verzichten.
Harry Thurmond ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Das Maschinenkonzept erlaube es, Strukturteile flexibler zu fertigen und zudem die Bearbeitungszeiten deutlich zu verkürzen.
Zum Unternehmen
Die F. Zimmermann GmbH aus dem schwäbischen Neuhausen a. d. F. ist ein weltweit agierender Hightech-Anbieter für Portalfräsmaschinen. Diese zeichnen sich durch sehr große Arbeitsräume, enorme Dynamik und Zerspanleistung aus. Das Unternehmen, gegründet 1933 von Friedrich Zimmermann, hat mittlerweile 170 Mitarbeiter und einen Umsatz von etwa 40 Millionen Euro. Die Spezialmaschinen sind weltweit in den Bereichen Automobil-, Luftfahrt- und Maschinenbau im Einsatz.
Text zum Titelbild: Mit der optimierten Portalfräsmaschine FZ100 lassen sich einzelne Bauteile mit einer Gesamtlänge von mehr als 25 Metern bearbeiten und auch zwei kleinere unabhängig voneinanderBild: Siemens/USA
