Große Massen dynamisch beschleunigen

Die 5-Achs-Portalfräsmaschine FZU42 ist dank ihres thermosymmetrischen Aufbaus sehr genau. Sie bietet eine hohe Produktivität und Verfügbarkeit.

F. Zimmermann bietet mit der Maschinenlinie FZU/FZP42 effiziente 5-Achs-Portalfräsmaschinen für die Schwerzerspanung. Das Besondere ist ihr thermosymmetrischer Aufbau mit einem mittengeführten Z-Schlitten. Diese Konstruktion sowie die Führungsanordnung erhöhen die Stabilität und sparen zudem Gewicht – das macht die Maschine dynamischer, produktiver und energieeffizienter.

„Wir entwickeln sowohl für leichte Bearbeitungen, etwa von Komposit-Werkstoffen und Aluminium, als auch für die hochdynamische Schwerzerspanung passende Maschinenkonzepte“, berichtet Rüdiger Hellwig, Vertriebsleiter bei der F. Zimmermann GmbH. Mit der Weiterentwicklung ihres Maschinenportfolios nimmt die Schwerzerspanung seit einigen Monaten bei dem schwäbischen Maschinenbauer einen immer höheren Stellenwert ein. Dabei seien sie in diesem Segment sehr modern, ergänzt Geschäftsführer Frieder Gänzle: „Wir legen unseren Fokus weniger auf die klassische Schwerzerspanung mit großen Werkzeugen und hohem Materialabtrag pro Schnitt. Werkzeug- und Formenbauer erhalten mit den Baureihen FZU/FZP42 stattdessen Fünf-Achs-Anlagen für komplexe Bauteile, mit denen sie dynamisch Freiformflächen fräsen können.“

Eine dynamische Schwerzerspanung? Genau hier liegt die Herausforderung. Denn je schwerer die Materialien zu bearbeiten sind, desto höher sind die Anforderungen an die Steifigkeit der Maschine. Mit mehreren Tonnen Gewicht sind sie dementsprechend „wuchtig“. Wie lässt sich trotz der massiven Bauweise eine hohe Dynamik erreichen, damit Betreiber noch produktiver arbeiten können? „Unsere Maschinen fräsen mit einer Maximalgeschwindigkeit von 60 m/min die Kontur aus dem Werkstück und beschleunigen bei Bedarf mit bis zu 3 m/s2. Das ist wie bei einem Motorradfahrer, der in der Kurve Gas gibt, um sie dynamischer zu durchfahren“, stellt Hellwig gegenüber. Trotz der Beschleunigung müssen die Maschinen sowohl eine sehr hohe Genauigkeit als auch Top-Oberflächen erzielen können. „Diese Verbindung von Dynamik und Schwerzerspanung lässt sich mit einem mit Steinen beladenen Lkw vergleichen, der erfolgreich ein Formel-1-Rennen fährt“, sagt der Vertriebsleiter.

Thermosymmetrie für mehr Präzision

Um dies zu ermöglichen, baut Zimmermann sein komplettes Maschinenportfolio thermo(last)-symmetrisch auf. Denn sich verändernde Umgebungstemperaturen sowie Prozesswärme beeinflussen zwangsläufig die Maschinengeometrie bei herkömmlicher Portalbauweise. Die Idee des thermosymmetrischen Aufbaus beruht darauf, dass anfallende thermische Einflüsse in erheblichem Maße durch den Aufbau der Maschinenstruktur absorbiert werden können. Dafür hat Zimmermann bei allen Maschinen des weiterentwickelten Portfolios Struktur- und Antriebskomponenten, Führungen sowie andere genauigkeitsbestimmende Bauteile entsprechend ausgelegt und intelligent angeordnet. Die Struktur kann sich so in unkritische Richtungen ausdehnen.

Der mittig geführte Z-Schieber des Portals in Doppelbrückenbauweise hat einen großen Querschnitt, der ihn besonders stabil macht. Mit diesem Aufbau erreicht Zimmermann eine sehr hohe Steifigkeit. Und weil es zu keiner einseitigen Erwärmung kommen kann, steigert das die Genauigkeit enorm. Der Maschinenbauer reduziert durch den Aufbau der Struktur die Auswirkungen der Fehlereinflussgrößen konstruktiv auf ein Minimum. Und da im Vergleich zu einem seriellen Aufbau mit klassischer Führungsanordnung weniger Hebelkräfte wirken, kann das Unternehmen die FZU/FZP steifer bauen, ohne die Querschnitte der Bauteile zu erhöhen. Weil weniger Masse bewegt werden muss, arbeitet die Maschine schneller und dynamischer. „Eine geringere zu bewegende Masse erfordert zudem weniger Energie. Das bringt klare Kostenvorteile“, berichtet Geschäftsführer Gänzle. Dazu kommt: Durch den thermosymmetrischen Aufbau können aufwändige Kühlkreisläufe entfallen, auch das wirkt sich dann positiv auf die Kosten aus.

Mit den neuen Baureihen FZU/FZP42 ist Zimmermann in der Schwerzerspanung angekommen. Hat der Maschinenbauer lange nur sporadisch Anlagen für dieses Segment verkauft, hat sich dies mit den Weiterentwicklungen geändert: „Wir sehen die ersten Erfolge“, freut sich Geschäftsführer Gänzle. „Allein im ersten Quartal 2023 konnten wir bereits drei ‚schwere‘ Maschinen verkaufen.“ Die Kunden sind sowohl von den technischen Daten überzeugt als auch vom Preis-Leistungs-Verhältnis. „Ein Anwender wollte erst nur eine Maschine von uns für die Nachbearbeitung. Für die Schwerzerspanung selbst hatte er bereits eine Anlage eines Marktbegleiters. Im Gespräch hat er sich dann schließlich spontan für eine zweite Zimmermann-Maschine entschieden“, ergänzt Hellwig.

Zu den Neukunden gehört auch ein Automobilhersteller, der für seinen Werkzeugbau eine Maschine benötigte, um große Blechumformwerkzeuge zu bearbeiten und ältere Maschinen zu ersetzen. Hier konnte sich F. Zimmermann mit dem Maschinentyp FZU42 gegen eine Vielzahl von Wettbewerbern durchsetzen. Der Kunde erkannte, dass er mit dem innovativen Maschinenkonzept die Anforderungen an eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und exzellente Oberflächen seiner Werkzeuge erfüllen kann. Die hohen Werkzeuggewichte von bis zu 40 Tonnen stellen für die FZU42 kein Problem dar, da die Werkstücke nicht bewegt werden. Der Bewegungsapparat, bestehend aus Portal, Z-Schlitten und Fräskopf, kann unabhängig vom Werkzeuggewicht mit stets mit identisch hoher Dynamik agieren.

Flexible Aufstellung

„Wir konnten mit unserem Konzept und unserem Preis-Leistungs-Verhältnis überzeugen“, sagt Zimmermann-Experte Hellwig. Dazu kommt ein weiterer wichtiger Aspekt: Die FZU erfordert kein festes Maschinenfundament und lässt sich deshalb flexibel auf dem Hallenboden aufstellen. Aufwändige Bauarbeiten, die zum einen teuer sind, zum anderen die Fertigung stören, entfallen komplett.

„Wir entwickeln uns stetig weiter und finden auf viele Anwendungen die richtigen Antworten“, betont Geschäftsführer Frieder Gänzle: „Bei uns passt das Gesamtpaket. Wir bieten in allen Segmenten stimmige Konzepte an. Dazu gehören neben den Maschinen auch die passenden Aufnahmen für die Spindeln, Fräsköpfe für die Werkzeuge und ein umfangreicher Service.“