Der niederländische Werkzeugmacher Hembrug entwickelte die weltweit ersten CNC-Drehmaschinen mit FANUC Oi-D CNCs

Aufgabe:
Entwicklung von innovativen HSC CNC-Drehmaschinen mit extremer Stabilität, die für die Bearbeitung von gehärtetem Stahl erforderlich ist.

Lösung:
Die HSC CNC-Drehmaschinen von Hembrug nutzen führende Werkzeugmaterialen und sind mit einer beeindruckenden Vielzahl an Funktionen ausgestattet. Dazu gehören die hydrostatischen Lager und die hochwertigen CNC-Steuerungen und Servomotoren von FANUC. Dadurch können sie überzeugende Ergebnisse mit einer Genauigkeit bis in den Nanometerbereich bieten.

Ergebnis:
Ein wettbewerbsfähiges Spektrum an HSC CNC-Drehmaschinen mit modernsten FANUC Komponenten für herausragende Leistung und Langlebigkeit.


Hart und hochpräzise

Hembrug-Hartdrehmaschinen erreichen Genauigkeiten im Mikrobereich

Hartdrehen hat sich als kostengünstige Alternative zum Rundschleifen bewährt. Hembrug, einer der Pioniere dieser Technik, hat sich inzwischen fast ausschließlich auf Ultrapräzisions-Hartdrehtechnologie spezialisiert und bietet Maschinen für Werkstücke bis zu 1500 mm Durchmesser. FANUC, Partner auf Antriebs- und Steuerungsseite, stattet diese je nach Anforderungen mit den CNC-Serien 0i-D und 32i aus. Hembrug Machine Tools aus dem holländischen Haarlem ist ein ehemaliger staatlicher Betrieb, der 1983 privatisiert wurde. Ursprünglich im Bereich der Ultra-Präzisionsdrehmaschinen zu Hause, konzentriert sich das Familienunternehmen seit Anfang der 90er Jahre auf das Hartdrehen. „Damals standen erstmals neue Werkzeugmaterialien zur Verfügung, die das Zerspanen von gehärteten Stählen ermöglichten“, erinnert sich Konstruktionsleiter Bert de Veer. „Um hochwertiges, präzises Hartdrehen zu realisieren, entwickelten wir Maschinen von besonders hoher Stabilität. Die bei der Hartbearbeitung auftretenden Kräfte sind enorm und Genauigkeiten im µ-Bereich sind sonst nicht zu erreichen.“ Mit der langjährigen Erfahrung aus dem Bau von hydrostatisch gelagerten Drehmaschinen eroberte sich Hembrug die Nische des Hartdrehens und entwickelte die Technik zu einer vollwertige Alternative zum Rundschleifen als Präzisionsendbearbeitung. Das belegt das Unternehmen inzwischen an zahlreichen Beispielen. Bert de Veer erwähnt, dass die ersten Hembrug-Hartdrehmaschinen an Kunden im Werkzeug- und Formenbau geliefert wurden, wo sie der Herstellung von PET-Flaschen dienten: „Bis heute werden auf unseren Maschinen nicht nur die Spritzgusswerkzeuge für Vorformlinge, sondern auch die Formen für Verschlusskappen samt Gewinde gedreht. Über einen Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen werden selbst die kleinen Entlüftungskanäle eingefräst, sodass man die Formen komplett fertig von der Maschine nehmen kann.“ Weitere Einsatzfelder finden sich in der Kfz-Industrie (Einspritzdüsen, Zahnräder), Kugellagerherstellung (Laufringe und -bahnen) sowie Hydraulik und Pneumatik (Ventile).

Für Werkstücke bis zu 1500 mm Drehdurchmesser

Die Hembrug-Maschinenreihe Mikroturn umfasst nahezu verschleißfreie, vollhydrostatische Ultrapräzisions-Hartdrehmaschinen, mit denen sich ein großes Teilespektrum abdecken lässt. Die Horizontalmaschinen der Serie 100 CNC eignen sich für kleine Teile mit Bohrungen ab 1 mm. Für große, schwere Werkstücke von 450 mm bis 1500 mm Drehdurchmesser stehen Vertikaldrehmaschinen zur Verfügung.
Eins haben alle Mikroturn-Maschinen gemeinsam, erklärt Bert de Veer: „Sie liefern die höchste Präzision, die sich derzeit beim Hartdrehen erzielen lässt“, und belegt seine Aussage mit Zahlen: „Mit diesen Maschinen können an Werkstücken mit Härten bis zu 70 HRC und einem Durchmesser von bis zu 1500 mm folgende Toleranzen erzielt werden: eine Oberflächengenauigkeit von Ra = 0,0001 bis 0,0004 mm, Formgenauigkeiten zwischen 0,0002 und 0,001 mm sowie eine Maßgenauigkeit von 0,002 mm oder kleiner.“

Hydrostatik sorgt für bleibende Genauigkeit

Mit solchen Werten machen die Mikroturn-Maschinen in erster Linie Rundschleifmaschinen Konkurrenz, denen sie in einer Anzahl Punkte sogar überlegen sind. So entfällt beim Hartfertigdrehen das Umspannen des Werkstücks. Das spart Zeit und vermeidet Spannfehler. Mit nur einem Werkzeug lassen sich beliebige Konturen herstellen – teure Formschleifscheiben sind nicht nötig. Außerdem ist Hartdrehen ein umweltfreundliches Verfahren, das in vielen Fällen trocken abläuft. Beim Schleifen entstehen immer Schlämme, die teuer entsorgt werden müssen. Unter dem Strich erreicht das Hartfertigdrehen in vielen Bearbeitungsfällen eine höhere Produktivität.
Gegenüber anderen Hartdrehmaschinen punkten die Hembrug-Maschinen durch besonders hohe Langzeitgenauigkeit. Dafür sind in erster Linie die hydrostatisch gelagerten Spindel- und Schlitteneinheiten verantwortlich. Sie erzielen Rundlauf- und Wiederholgenauigkeiten von 0,1 µm – und zwar dauerhaft, wie Bert de Veer sagt: „Maschinen ohne hydrostatische Lagerung erreichen diese Werte im Neuzustand. Unsere Maschinen können solche Qualität auch nach 20 bis 30 Jahren noch bieten.“

Hembrug und FANUC – eine zuverlässige Partnerschaft

Schon seit vielen Jahren arbeitet Hembrug auf Antriebs- und Steuerungsseite mit dem CNC-Weltmarktführer FANUC zusammen. Peter van Ommeren, Leiter Elektrokonstruktion, berichtet: „Früher hatten wir die FANUC CNC-Serie 15-TB im Einsatz. Heute verwenden wir CNC-Systeme der Serie 0i-D für unsere Mikroturn-Standardmaschinen. Diese Steuerung bietet eine Auflösung von 100 nm. Für anspruchsvollere Aufgaben haben wir spezielle Mikroturn-Maschinen entwickelt, die wir dann mit der FANUC CNC-Serie 32i ausrüsten. Sie ermöglicht – entsprechende Maßstäbe vorausgesetzt – eine Auflösung von 10 nm.“
Hembrug setzt in der Fertigung mehrere eigene Maschinen ein, die von der FANUC CNC 0i-D gesteuert werden – „weil diese Kombination wunderbar funktioniert“, erklärt Peter van Ommeren. „Das bestätigen uns auch immer wieder unsere Kunden. Es gibt so gut wie keine steuerungsbedingten Ausfälle, auch über viele Jahre nicht. Die FANUC Elektronik, die Motoren und Steuerungen, sind qualitativ auf höchstem Niveau und sehr robust, selbst gegenüber elektromagnetischen Einflüssen. Ein weiterer Pluspunkt von FANUC ist die Aufwärtskompatibilität. Das heißt konkret: Wir haben schon in den 90er Jahren Maschinen mit der 15-TB-Steuerung in Betrieb genommen. Noch jetzt, nach fast 20 Jahren, lassen sich die Programme auf neueren Maschinen und aktuellen Steuerungen verwenden. Denn bei allen Neuerungen und zusätzlichen Funktionen hat FANUC die dahinter stehende Grundstruktur beibehalten. Das erleichtert uns Maschinenherstellern die Implementierung und erspart unseren Kunden so manche Schulung.“

„Diese Kombination funktioniert prima, das bestätigen uns auch immer wieder unsere Kunden. Es gibt so gut wie keine steuerungsbedingten Ausfälle– auch über viele Jahre nicht. Die Elektronikkomponenten, Motoren und Steuerungen von FANUC sind qualitativ auf höchstem Niveau und sehr robust – selbst gegenüber elektromagnetischen Einflüssen.“

Neuentwicklungen für mehr Produktivität

In den vergangenen Jahren lancierte Hembrug mehrere Neuentwicklungen, die nicht nur hochpräzise, sondern auch überaus produktiv sind. So stellte das Unternehmen auf der EMO 2011 die Mikroturn Twin Spindle und die Mikroturn 100 CNC Special vor. Die Mikroturn Twin Spindle verfügt über zwei vollhydrostatische Spindeln mit integrierten Spindelmotoren, Linearmotoren in X- und Z-Schlitten sowie einen integrierten, vollautomatischen Zuführroboter. Es gibt Fälle, in denen das Hartdrehen verglichen mit dem Schleifen per se die drei Mal schnellere Methode darstellt. Die Doppelspindel legt hier nochmals mit Zykluszeitverbesserungen um bis zu 30 Prozent und Produktivitätssteigerungen von bis zu 100 Prozent nach. Die Mikroturn 100 CNC Special ist eine Spezialversion mit einer vollhydrostatischen Hochleistungsspindel mit 2000 U/min, integriertem Torquemotor und längerem Hub des Z-Führungsschlittens. Im Vergleich zur Standardausführung der Mikroturn 100 lassen sich größere und schwerere Werkstücke drehen.
Für Bert de Veer sind diese Entwicklungen ein wichtiger Schritt in die Zukunft: „Lange Zeit galten wir als Weltmeister in Präzision, aber unser Augenmerk galt zu wenig der Produktivität. Das hat sich jetzt komplett geändert. Bei unseren Neuentwicklungen stehen zum einen die Produktivität im Vordergrund und zum anderen die höhere Flexibilität Kundenwünschen gegenüber. Wir realisieren gern Sonderlösungen.“ Als Beispiel nennt de Veer ein Projekt, bei dem unterschiedliche Wellen für Zahnradpumpen gearbeitet werden. Diese werden auf einem Aufgabeband an die Maschine gebracht, von einer bildverarbeitenden Kamera erfasst und von einem Roboter eingelegt. So erkennt die Maschine das jeweilige Werkstück und wählt automatisch das zugehörige CNC-Programm.

Direkte Ansprechpartner sorgen für hohe Zufriedenheit

FANUC war in die Neuentwicklungen eingebunden. Peter van Ommeren, Leiter Elektrokonstruktion, führt aus: „Für uns war es wichtig, dass FANUC die Integration von Fremdmotoren erleichtert hat. Wir nutzen zum Beispiel Spindel-Einbaumotoren von Drittherstellern. Da hatten wir anfangs noch Bedenken. Aber FANUC war sehr offen und die die Motoren können ohne Probleme angesteuert werden.“
Momentan entwickelt man bei Hembrug spezielle Bedienoberflächen, die dem Anwender den Umgang mit der Maschine erleichtern. Mit FANUC Picture steht eine leistungsfähige Entwicklungsumgebung zur Verfügung, mit der solche Benutzerschnittstellen nach eigenen Vorstellungen gestaltet werden können. Das Ergebnis wird derzeit in der eigenen Fertigung an einer Mikroturn mit 32i-Steuerung, getestet, auf der die Innengewinde großer Muttern nach dem Härten nachgeschnitten werden.
Elektronikfachmann Peter van Ommeren ist von der Zusammenarbeit mit FANUC begeistert: „Obwohl wir verglichen mit anderen Maschinenbauern erst relativ wenige Drehmaschinen herstellen und entsprechend nur eine kleine Anzahl FANUC Steuerungen abnehmen, erfahren wir von FANUC sehr gute und schnelle Unterstützung. Wenn Fragen auftauchen, haben wir einen direkten Ansprechpartner. Das funktioniert wirklich hervorragend.“ Er verdeutlicht dies an einem Beispiel: „Ein Kunde in den USA fragte ein kundenspezifisches Projekt an – es ging um eine komplexe Vierachsmaschine mit zwei Werkzeugspeichern und zwei Werkzeugwechslern. Steuerung und Antrieb sind hier keine einfache Aufgabe, sodass wir FANUC um Unterstützung baten. Innerhalb kurzer Zeit war ein FANUC Ingenieur hier vor Ort, mit dem wir das Projekt erörtern konnten. Er spezifizierte die Antriebe und eine mehrkanalige CNC der Serie 32i. Damit konnten wir dem Kunden umgehend das gewünschte Angebot unterbreiten.“

Hartdrehen auf höchstem Präzisionsniveau

Das Unternehmen wurde 1973 als Staatsbetrieb gegründet und 1983 privatisiert. Heute konzentriert es sich zu über 95 % auf die Entwicklung und Herstellung von praktisch verschleißfreien, vollhydrostatischen Ultrapräzisions-Hartdrehmaschinen. Die Mikroturn-Maschinenreihe kann Werkstücke mit Härten bis zu 70 HRC und Durchmessern bis 1500 mm bearbeiten. Hembrug produziert mit rund 70 Mitarbeitern 25 bis 30 Maschinen im Jahr. 2011 betrug der Jahresumsatz um 15 Mio. Euro.