Fehlmann Versa 945: Die Übersicht behalten

Die VERSA 945 von Fehlmann bietet Genauigkeit bei hoher Dynamik für die 5-Seiten- und 5-Achs-Bearbeitung.

Die ersten Bearbeitungszentren mit Portalkonzept lieferte Fehlmann bereits 2009 mit der VERSA 825 serienmäßig aus. 2017 stellte das Unternehmen mit der VERSA 645 erstmals den Linearmotor vor. Diese beiden Bearbeitungszentren sind vom Grundkonzept, dem Portal, sehr ähnlich und überzeugen mittlerweile seit Jahren in der Praxis. Fehlmann hat deswegen bei der Neuentwicklung der VERSA 945 die wichtigsten Merkmale dieser beiden Bearbeitungszentren vereint. Ziel des neuen Bearbeitungszentrums ist, damit einen noch universelleren Einsatz hinsichtlich der Abmessungen und Verfahrwege – verbunden mit der von Fehlmann gewohnten Präzision, Zuverlässigkeit und Möglichkeiten zur Automatisierung – anzubieten.

Der Arbeitsraum ist mit einem Werkstückdurchmesser von 650 mm und gleicher Einbauhöhe von ebenfalls 650 mm definiert. Auch der Schwenkbereich und die Verfahrwege wurden dementsprechend größer.

Beidseitiges Schwenken

Nach diesen Richtlinien gestaltete sich auch das Pflichtenheft für die neue Maschine. Der Arbeitsraum wurde mit einem Werkstückdurchmesser von 650 mm und einer Einbauhöhe von 650 mm bei max. Werkstückhöhe von 460 mm definiert. Der Schwenkbereich und die Verfahrwege mussten dementsprechend größer werden. Das Ergebnis ist ein Y-Hub von 800 mm und in Z von 500 mm, um Werkstücke ideal bearbeiten zu können. Der Schwenkbereich bzw. das beidseitige Schwenken war den Verantwortlichen bei der Entwicklung der VERSA 945 wichtig und deshalb auch Bestandteil des Pflichtenhefts, denn durch das beidseitige Schwenken finden weniger Ausgleichsbewegungen statt. Das führt vor allem bei Simultanteilen zu präzisen Oberflächen sowie messbarem Zeitgewinn.

Einen besonderen Stellwert bei der Neuentwicklung hatte aber auch das Gesamtlayout, denn ca. 70 Prozent der Maschinen von Fehlmann sind automatisiert im Einsatz. Davon wird die Hälfte automatisiert ab Werk ausgeliefert. Mit der VERSA 825 wird man diesen Anforderungen seit Jahren gerecht. Eine Seite ist dabei komplett für die Automatisierung vorgesehen. Die VERSA 945 ist ähnlich wie die VERSA 645 von vorn zugänglich, die rechte Seite für die Automation. Die Öffnung zur Automation wurde von Fehlmann hier sehr großzügig ausgelegt, denn Handling-Geräte, Roboter oder auch Knickarmlösungen arbeiten teilweise mit sehr großen Teleskopachsen. Zusätzlich kann an dieser Seite ein Zugang zum Arbeitsraum genutzt werden.

Der mit Torquemotoren angetriebene Rund-Schwenktisch ist längs in der X-Achse integriert und für das schnelle 5-Achs-Simultan- wie auch zum hochpräzisen 5-Achs-Fräsen mit Positionierung ausgelegt.

Gewichtsoptimiert und mit hoher Steifigkeit

Das Maschinenkonzept der VERSA 945 beruht wie bereits erwähnt auf der Portalbauweise. Die Basis ist aus Grauguss. „Für eine hochpräzise Maschine einfach der bessere Werkstoff“, betont Urs Schmid, Leiter Entwicklung/CTO und Mitglied der Geschäftsleitung. Die Y- und Z-Achse sind wie bisher wegen der hohen Steifigkeit in den Werkzeugachsen, die X-Achse mit dem Rund-Schwenktisch (Schwenkbrücke mit Gegenlager) auf der gesamten Bettlänge abgestützt. Der Rund-Schwenktisch verfügt, wie alle VERSA-Modelle, über einen Direktantrieb. Auf dem Maschinenbett mit 3-Punkt-Auflage gleitet der X-Schlitten mit einem zusätzlichen Führungswagen. Dadurch erreicht man ein besseres Schwingungsverhalten und mehr Steifigkeit mit dem Rund-Schwenktisch, denn der Antrieb ist unten gelagert, gefräst wird oben.

Die gesamte Maschinenstruktur wurde mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet, um die Steifigkeit und das Schwingungsverhalten zu optimieren. „Das Ergebnis ist, dass alle bewegten Teile gewichtsoptimiert aus hochfestem Sphäroguss hergestellt sind und so eine hohe Steifigkeit, dynamische Genauigkeit sowie einen minimalen und beherrschbaren Wärmegang aufweisen“, so Schmid weiter. Nach Untersuchungen hat man bei Fehlmann zudem festgestellt, dass der Sphäroguss GGG 50 und GGG 60 bei gleichbleibendem Gewicht die Steifigkeit erhöht.

Hervorragende Zugänglichkeit und optimale Einsicht in den Arbeitsraum, mit und ohne Automation.

Dynamik mit Linearmotoren vergleichbar

Zu den wesentlichen Änderungen nach umfangreichen Konzeptstudien zählen bei der VERSA 945 aber auch die Antriebstechnik und Bedienung. Hinsichtlich des Antriebs war allerdings relativ schnell klar, dass man auf den Kugelgewindetrieb (KGT) setzen wird. Urs Schmid sieht das als eine logische Konsequenz: „Je größer und schwerer die Achsen werden, die man bewegt, desto weniger effizient ist der Linearmotor. Bei der VERSA 645 haben wir den Linearmotor in der X-Achse mit einer Magnetanzugskraft von 2,5 t. Bei dem Motor für die VERSA 945 wären 4,0 t notwendig geworden. Diese Kraft muss man aufnehmen können, die Führungen entsprechend dimensionieren und den Schlitten hochsteif konstruieren. Deshalb haben wir uns für hochpräzise, geschliffene KGTs und Doppelmutter für die Kurzhubanwendung entschieden. Dies hat den Vorteil, dass das Antriebskonzept über die Kurzhubanwendung z. B. auch das Trochiodalfräsen ermöglicht. Abgesehen davon, mit einer außergewöhnlich guten Beschleunigung und 50 m/min Eilgang in allen Achsen ergeben sich kaum Einbußen gegenüber dem Linearmotor.“

Im Gegensatz dazu erreicht man damit aber auch eine höhere Vorschubkraft. „Und die Präzision kommt ohnehin aus den Glasmaßstäben“, ergänzt Schmid. Die maximale Palettengröße, die automatisierbar ist, beziffert Fehlmann mit 400 mm. Neu sind allerdings sechs pneumatische Drehdurchführungen, da immer wieder die Anforderungen nach Spannsystem auf Spannsystem kamen. Optional kann man die VERSA 945 nun auch mit drei hydraulischen und einer pneumatischen Leitung ordern. Die Steuerung der Maschine ist nach wie vor eine Heidenhain TNC 640. Diese ist jetzt hinter dem 24"-Widescreen (extended workspace) integriert.

Direkter Dialog mit der Steuerung

Beim Werkzeugwechsel setzt Fehlmann mit der VERSA 945 weiter auf schnelle Doppelgreifer. In der Standardausführung bietet das Kettenmagazin 48 Plätze, optional 80. Wahlweise kann auch auf das Regalmagazin, mit einem Werkzeugspeicher von skalierbar 112 bis zu 400 Plätzen, zurückgegriffen werden. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass für das Werkzeugmagazin die entsprechenden Daten im Fehlmann-Toolmanagement und der Heidenhain-Steuerung hinterlegt sind. Durch ein Schwenken der Steuerung ist außerdem eine optimale Sicht auf die Beladestation gewährleistet.

Zusammenfassend scheint Fehlmann mit der VERSA 945 wieder ein Maschinenkonzept entwickelt zu haben, dass den Marktanforderungen mehr als gerecht wird. Trotz widrigster Umstände wie Covid-Pandemie, Lieferproblem mit dem Guss etc. hat man sich beim Bau des Prototypen innerhalb des gesetzten Zeitplanes bewegt. Das neue „Flaggschiff“ wurde erstmals auf der Hausausstellung im Oktober 2020 und nun auch auf der EMO in Mailand den zahlreichen Fachbesuchern vorgestellt. „Das große Interesse an unserem neuen VERSA 945 bestätigt den eingeschlagenen Weg. Hohe Präzision in Kombination mit maximaler Flexibilität“, freut sich Urs Schmid abschließend.