5-Achs-CNC für die Pole Position

TOYOTA GAZOO Racing Europe: Vom Spezialisten im Hochleistungs-Motorsport zum marktoffenen Anbieter individueller 5-Achs-CNC-Bearbeitung

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Mit der Qualität, Präzision und Effizienz aus dem Rennsport ... 

Die Kölner Firma TOYOTA GAZOO Racing Europe (kurz: TGR-E) ist die fertigungstechnische „Feuerwehr“ für das Motorsport-Team des japanischen Autoherstellers. Kernkompetenzen des  Unternehmens sind die Entwicklung, Erprobung und Fertigung hochkomplexer Bauteile für Motor, Fahrwerk, Hydraulik und Kühlung, bis hin zu kompletten Chassis, einschließlich sämtlicher Formen, für Renn- und Rallye-Fahrzeuge. All das hoch flexibel, immer mit höchster Präzision und Qualität und in aller Regel in kleinsten Stückzahlen.

 

Für die die performante Trockenbearbeitung komplexer Composite-Bauteile hat die Firma ihren Maschinenpark um eine neue Gantry-Maschine von DMG MORI erweitert. Die offene CNC-Steuerung Sinumerik 840D sl von Siemens realisiert dabei hoch dynamische, präzise und flexible Prozesse. 

... in den freien Markt der Lohnfertiger 

Die Wagen des Toyota Gazoo Racing Teams belegen Spitzenplätze bei Rennen wie den 24-Stunden von Le Mans. Die Kölner fertigen Kernkomponenten für drei bei der FIA Rallye-Weltmeisterschaft (WRC) sehr erfolgreiche Autos und arbeiten mit an der Entwicklung im Straßenverkehr zugelassener High-Performance-Fahrzeuge von Toyota. 

 

Darüber hinaus agiert TGR-E als Profit Center und bietet seine vielfältigen Leistungen – vom Engineering bis zur Fertigung – auch externen Unternehmen an. „Um dies zu wettbewerbsfähigen Konditionen zu tun, sind wir insbesondere im Bereich der CNC-Bearbeitung gefordert, den hoch spezialisierten Maschinenpark bestmöglich auszunutzen und idealerweise schon ab Stückzahl 2 mannlose Prozesse zu generieren, wo immer dies möglich ist“, sagt Marcel Voigt, Senior Manager Production und Supply Chain Management.

In diesem Kontext fällt die Investition in ein neues Bearbeitungszentrum DMU 200 Gantry von DMG MORI mit Sinumerik 840D sl von Siemens. Ein Ziel ist es, die Großmaschinen für die ganz großen Bauteile wie komplette Chassis aus Verbundmaterialien freizuhalten und Teile mittlerer Größe auf einer etwas kompakteren Maschine, mit geringeren Stundensätzen, ausschließlich trocken zu bearbeiten. Mit Verfahrwegen von 2.000 mm x 2.000 mm x 1.200 mm (XYZ) ist die DMU 200 Gantry-Maschine prädestiniert für die 5-Achs-Bearbeitung von Strukturteilen für Rennfahrzeuge und anderer Composite-Bauteile. Diese werden so maximal wirtschaftlich in Einfach-, teils auch in Mehrfachaufspannung bearbeitet.

 

 

Schonende und doch effiziente Bearbeitung von Verbundmaterialien

Eine Herausforderung sind die schwierig bearbeitbaren Verbundmaterialien aus mehreren, mitunter kombinierten Lagen, beispielsweise aus Carbon- und Kevlarfasern. Dabei muss verhindert werden, dass sich die einzelnen Lagen voneinander lösen (Delamination) und Fasern ausreißen. Noch anspruchsvoller ist die Bearbeitung von Composite-Teilen mit Inserts aus Titan und anderen schwer zerspanbaren Materialien. Das setzt entsprechendes Prozess-Know-how, geeignete Bearbeitungsstrategien sowie Werkzeuge und nicht zuletzt eine performante, den Operator in (und bei) jeder Lage unterstützende CNC-Steuerung voraus.

 

Die Grundlagen dafür erarbeiten TGR-E und DMG MORI schon seit Jahren gemeinsam, im Rahmen einer Kooperation, was auch der Maschinenpark widerspiegelt. Ein wesentlicher Schlüssel schonender und rationeller Bearbeitung von Verbundmaterialien und anderer Materialien, wie Keramik oder Nickelbasislegierungen, ist die Ultrasonic-Technologie der zum DMG MORI Konzern gehörenden Sauer GmbH. Deren zweite Generation unterstützt das ultraschallüberlagerte Fräsen mit definierter Werkzeugschneide. Gezieltes Überlagern der Werkzeugrotation mit einer hochfrequenten Schwingung reduziert die Prozesskräfte um bis zu 40 %. Das erlaubt höhere Vorschübe und Zustellungen, führt zu längeren Werkzeugstandzeiten oder deutlich besseren Oberflächen. Das Ablösen von Schichten (Delamination) und Faserausrisse werden verhindert.

Spezialität: Reparatur von Teilen aus Verbundmaterialien

Um Zeit und Kosten weiter zu senken, werden größere, komplexere Chassis-Teile mittlerweile auch repariert. Hierfür werden Lagen an schadhaften Stellen partiell abgetragen und im Anschluss wieder neu aufgebaut. Das erweitert das Einsatzspektrum der neuen Gantry-Maschine und erhöht deren Auslastung und Profitabilität. „Um solche neuen Technologien und Funktionalitäten einfach zu integrieren und zu nutzen, setzen wir im Bereich Composite-Bearbeitung durchgängig auf die offene Sinumerik 840D sl von Siemens“, so Marcel Voigt. 

 

Eine weitere innovative Anwendung, die TGR-E exklusiv der Sinumerik 840D sl anvertraut, ist das rationelle Schälwälzfräsen (Gear Skiving) gerader wie schräger Innen- und Außenverzahnungen. Der Maschinenhersteller konnte aufgrund der Offenheit der Steuerung spezielle Technologie- und Compile-Zyklen dafür in den NC-Kern (NCK) einbringen.

Alles für die komfortable, sichere und performante Bearbeitung 

TGR-E erstellt die meist sehr komplexen Programme auf einem CAD/CAM-System, simuliert und optimiert diese offline in der Arbeitsvorbereitung, um sie dann via Netzwerk auf die Maschinensteuerung(en) zu übertragen, einzufahren und abzuarbeiten. Dabei ist eine performante, komfortabel zu bedienende Steuerung gefragt.

 

Übersichtlich und intuitiv: Multitouch

In der App-basierten Multitouch-Bedienoberfläche CELOS von DMG MORI stellt die Sinumerik 840D sl mit Sinumerik Operate eine Reihe zusätzlicher Funktionen und Möglichkeiten für das Bedienen, Beobachten, Einrichten und Programmieren der Maschine selbst bereit. Patrick Garbe aus dem Team der erfahrenen Senior Operator bewertet diese schon nach kurzer Zeit im Feldtest als „sehr übersichtlich aufgebaut, intuitiv handhabbar, praxisgerecht und nützlich“. Er hebt dabei den Transfer von NC-Programmen und Dateien zwischen dem zentralen Server und den Maschinen via Ethernet, das komfortable Programm-Management und -Handling sowie die einfache Gestensteuerung am großen Multitouch-Display hervor.

 

State-of-the-art bei der Multitouch-Bedienung sind schnelles Umschalten zwischen und komfortables Zoomen und Scrollen in Applikationen während der laufenden Bearbeitung. Beispielsweise auf diverse Maschinenfunktionalitäten oder einen PDF-Viewer, der unter anderem Ausdrucke für das Aufspannen erspart. 

 

Serveranbindung, Mess-Zyklen und 3D-Werkzeugradiuskorrektur

Das Anlegen neuer Werkzeuge an der Maschine ist intuitiv und der Operator hat alle wichtigen Daten im Blick. Jederzeit – die automatische 3D-Werkzeugradiuskorrektur der Sinumerik hält diese ständig auf dem aktuellen Stand, so dass sich händisches, somit potenziell fehlerträchtiges Berechnen erübrigt.

 

Das Einrichten und Prozessmessen von Bauteilen vereinfachen und beschleunigen programmierbare Messzyklen. DMG MORI nutzt diese auch für sein sogenanntes L-Messtasterpaket, das die Messmöglichkeiten gerade an sperrigen oder schwer zugänglichen Geometrien noch einmal deutlich erweitert. 

 

Collision Avoidance und intelligenter Werkzeugrückzug - weniger Schäden, höhere Produktivität

Weiterentwickelt hat Siemens zudem die Möglichkeiten der Kollisionsvermeidung (Collision Avoidance). Die von TGR-E genutzte Variante bildet die (Maschinen)Komponenten im Arbeitsraum in Form einfacher geometrischer Körper als Schutzbereiche ab. Diese werden dann in den Steuerungsbetriebsarten JOG, MDA und AUTO überwacht und lassen sich dreidimensional auf der Bedienoberfläche visualisieren. Optional unterstützt die Steuerung darüber hinaus auch die Kollisionsüberwachung von Maschine, Spannmitteln, Werkzeugen und Werkstück(en). Damit ist in jeder Situation ein einfacher, effizienter Schutz vor gegenseitigen Kollisionen gewährleistet. 

 

Den Schutz von Maschine, Werkzeug und Werkstück erhöht zudem die Funktion Retract, die auf Knopfdruck automatisiertes und sicheres Rückziehen von Werkzeugen an Unterbrechungsstellen liefert.

 

Große Teileprogramm aus CAD-Systemen direkt vom Speichermedium abarbeiten

Mit der Option EES (Execution from External Storage) sind die Kölner bestens vorbereitet für die Abarbeitung sehr großer Teileprogramme direkt von externen Speichermedien. EES erweitert den Speicherplatz der Maschine auf die Größe des externen Speichers, ermöglicht schnelle Satzsuchläufe sowie Satzsprünge und damit zügiges Arbeiten. So trägt Sinumerik Operate maßgeblich dazu bei, die Bearbeitung komplexer Bauteile noch effizienter und sicherer zu gestalten.

Neue Wege im Visier

Die Erkenntnisse aus dem Feldtest in der Praxis sind rundum positiv. So dass sich Marcel Voigt eine prozesssichere, saubere und wirtschaftliche Möglichkeit der Trockenbearbeitung, auch von Aluminiumformen für Composite-Bauteile, vorstellt. Dabei könnte die Ultrasonic-Technologie dazu beitragen, die bislang noch problematische Aufbauschneidenbildung zu reduzieren oder idealerweise zu verhindern. 

 

Mit der offenen Sinumerik 840D sl baut Kooperationspartner DMG MORI dabei auf eine hoch performante Steuerung, mit der sich alle erforderlichen Funktionalitäten einfach realisieren lassen. Beste Voraussetzungen für die Firma TOYOTA GAZOO Racing Europe, auch weiterhin aus der Pole Position heraus ins Rennen gehen und in einem erweiterten Marktumfeld wettbewerbsfähig zu agieren.

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