Fortschrittliche CNC-Lösung beschleunigt NASCAR Radproduktion

Eine den neuesten Standards entsprechende NUM-CNC-Nachrüstung einer Drehmaschine für das Fliessdrückverfahren ermöglicht es dem Radlieferanten von NASCAR, Aero Race Wheels, Inc., seine Effizienz in der Fertigung bedeutend zu steigern. Durch schnellere Chargenwechsel, eine effektivere Fertigungssteuerung und eine automatisierte Programmerstellung für neue Teile wird die Produktivität des Unternehmens erheblich verbessert.

Aero Race Wheels ist der führende Anbieter erstklassiger Rennsportfelgen, die bei NASCAR-Rennen eingesetzt werden. Das im Jahr 1995 gegründete Unternehmen hat sich innerhalb der Vereinigten Staaten inzwischen zum grössten Hersteller von Stahlfelgen für Rennwagen entwickelt. Der Fertigungsbetrieb in Estherville (Iowa) stellt täglich Hunderte von Rädern für den Motorsport her, die von einem grossen Teil der Rennsportgemeinde verwendet werden. Insbesondere Fahrer, die an IMCA- und WISSOTA-Rennen teilnehmen, nutzen die Produkte von Aero Race Wheels. Dank der 59-Serie der NASCAR-Räder von Aero Race Wheels konnten mehr Titel in der Nationwide Series und der Camping World Series gewonnen werden, als alle anderen Hersteller zusammen verzeichnen können.

Aero Race Wheels nutzt für die Fertigung seiner Hochleistungsfelgen das Fliessdrückverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein zylindrisches Werkstück aus Stahl mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht und geformt, während mithilfe einer Druckwalze lokalisiert Druck ausgeübt wird, sodass das Metall über das Werkzeug „fliesst“. Diese Methode eignet sich ideal für die Fertigung von achsensymmetrischen Teilen, z.B. von Radfelgen. Dabei entsteht mit minimalem Abfall eine äusserst solide, nahtlose Komponente aus nur einem Werkstück.

Die Formungsvorgänge werden auf einer 20-jährigen Metalldrehmaschine von Autospin ausgeführt. Diese verfügt über zwei Sätze von Druckwalzen –  eine befindet sich an der Vorderseite, die andere an der Rückseite des Werkstücks – wodurch das Formen beider Seiten der Radfelge ohne manuellen Eingriff möglich ist. Jeder Satz von Druckwalzen besitzt je zwei Achsen für die Bewegungssteuerung, X und Z, die durch vier Hydraulikzylinder und die motorgetriebene Drehmaschinenspindel angetrieben werden.
Angesichts der Tatsache, dass die Autospin-Drehmaschine einen unverzichtbaren Bestandteil der Fertigung darstellt, begann Aero, sich Gedanken über die Zuverlässigkeit der Maschine zu machen. Die Instandhaltung der Maschinenmechanik war zwar unproblematisch, der Bezug von Ersatzteilen für das Bewegungssteuerungssystem hingegen nahezu unmöglich.

Das Umbauunternehmen führte einen umfassenden mechanischen und elektrischen Umbau der Drehmaschine durch. Als entscheidende Massnahme der CNC-Modernisierung wurde eine High-End-Lösung von NUM nachgerüstet. Dies lag darin begründet, dass es mithilfe der einzigartigen anwendungsspezifischen Software, die von der Niederlassung von NUM in den USA entwickelt wurde, möglich war, die Einschränkungen des vorhandenen Steuerungssystems zu überwinden. Bei dieser Software handelt es sich um eine massgeschneiderte Version des NUMSpinform-Steuerungspakets für Fliessdruckanwendungen. Die Nachrüstung beinhaltet ferner ein Bedienfeld vom Typ NUM FS151, eine speziell entwickelte HMI-Programmierschnittstelle sowie ein kundenspezifisches Maschinenbedienfeld.

Vor dem Einsatz der von Aero Race Wheels bereitgestellten Anwendung nutzte die NUMSpinform-Schnittstelle eine Programmiermethode, bei der der Bediener mit der Fertigung einer Kopie der Werkzeugform (Spindel) und der Einstellung der gewünschten Stärke des Werkstücks beginnt. Das CNC-System berechnet anschliessend automatisch eine 2D-Sicherheitszone, um eine Kollision zwischen Druckwalze und Werkzeug zu vermeiden.  Im nächsten Schritt formt der Bediener das neue Werkstück mithilfe eines Joysticks im Fliessdruckverfahren, indem er die X- und Z-Achse der Druckwalze steuert. Währenddessen zeichnet das CNC-System die Bewegungspfade auf. Bevor er als endgültiges Fertigungsprogramm gespeichert wird, kann der aufgezeichnete Drehzyklus durch Abändern des Druckwalzenpfads auf der X- oder Z-Achse während der Bearbeitung per kalibriertem Handbediengerät auf einfache Weise optimiert werden.

Bei der vierachsigen Autospin-Drehmaschine von Aero Wheels wird zunächst die Spindelsicherheitszone programmiert und anschliessend der Drehzyklus als eine Serie von Spline-Kurven mittels eines Zeichentools auf dem Bildschirm gezeichnet. Dieses Konzept ist nun auch Bestandteil der NUMSpinform-Lösung. Damit gehen für den Bediener der Drehmaschine viele Vorteile einher, einschliesslich des reduzierten Kontakts mit Maschinenbauteilen, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Einen weiteren Vorteil stellt die vereinfachte Lernkurve für Bediener dar, die nicht über die für den Einlernprozess erforderliche jahrelange Erfahrung mit Drehmaschinen zurückblicken können.

NUMSpinform stellt darüber hinaus eine Offline-Programmerstellung bereit. Benutzer können mit den graphischen Zeichenfunktionen der Software ihre eigenen Werkzeugdateien anlegen oder diese aus einer Entwurfsautomatisierungs-Software, z.B. AutoCAD, importieren und anschliessend per Mausklick einen Drehzyklus programmieren. Sobald der Entwurf fertig ist, kann die gesamte definierte Geometrie mit nur einem Tastendruck in ein Fertigungsprogramm konvertiert und für die Herstellung eines Musterstücks in das CNC-System der Drehmaschine exportiert werden. Der Benutzer ist nun nicht mehr an Einschränkungen der Dateispeicherung hinsichtlich der Anzahl von Drehzyklen in der Bibliothek gebunden, da das NUM-System ein lokales Laufwerk sowie Zugriff auf ein Netzlaufwerk bereitstellt.

Das NUMSpinform-Paket enthält entweder eine einfache zweiachsige Drehmaschine oder eine vierachsige Maschine wie im Fall von Aero Race Wheels. Die Maschinengleitstücke von Aero können als unabhängige Pfade programmiert und betrieben werden bzw. mit einer Methode, bei der der Bediener ein X1/Z1-Gleitstück programmiert und das andere X2/Z2-Gleitstück im gespiegelten Modus folgt. „In unserer Branche ist die flexible Fertigung von entscheidender Bedeutung. Wir fertigen hauptsächlich in kleinen Stückzahlen, und wir müssen so schnell wie möglich zwischen Chargen wechseln und neue Designs ausprobieren können“, so Marv Dailey, Design/Process Engineer von Aero Race Wheels. „Der von NUM und unserem Umbau-Partner bereitgestellte Service war hervorragend. Uns wurde eine Kombination aus Feinwerktechnik und hochmoderner Drehprogrammierung und -steuerung geboten. Die Produktionsumstellung nimmt inzwischen weniger als 20 Minuten in Anspruch, und das halbautomatische Verfahren für die Generierung und Optimierung von Drehzyklusprogrammen hat den Zeitaufwand für die Entwicklung und die Schulung von Bedienern erheblich reduziert. Wir können nun durch die Offline-Programmierung an dieser für uns unverzichtbaren Fertigungsmaschine Zeit gewinnen und auf diese Weise die Produktivität weiter steigern.“

Steven Schilling, General Manager der NUM Corporation, betont, dass diese anwendungsspezifische Software für die Geschäftsstrategie des Unternehmens von zentraler Bedeutung ist: „Eine aufgerüstete CNC-Software stellt häufig das wichtigste Element eines erfolgreichen Maschinenumbau-Projekts dar. Wir sind äußerst zufrieden mit dem Ergebnis des Projekts, das wir der engen Zusammenarbeit zwischen den Ingenieurteams von NUM, dem Systemintegrator und von Aero verdanken.“