Der britische Hersteller North Bucks Machining (NBM) in Milton Keynes konnte mit der Einführung des CAM-Systems von Open Mind (Computer-aided manufacturing, dt. rechnerunterstützte Fertigung) die Möglichkeiten einer neuen 5-Achs-Fräsmaschine kommerziell wirksam ausreizen.
Federführend war dabei der neu ins Unternehmen eingestiegene Sohn der Unternehmensinhaber, Stewart Palmer, der reichlich Erfahrung aus seiner Zeit bei einem Formel-1-Zulieferer mitbrachte. Die perfekt gesteuerte 5-Achs-Maschine steigerte nicht nur die Fertigungskapazitäten des Betriebs, sondern gab dem englischen Ingenieur auch endlich die Möglichkeit, sein Meisterstück der 5-Achs-Zerspanung zu verwirklichen: ein selbst entwickeltes Mountainbike.
Wenn er an die Anfänge des Unternehmens zurückdenkt, erinnert sich Stewart Palmer: »Zu Beginn hatten wir schnell Erfolg mit Werkstücken, die 3-achsig gefertigt werden konnten. Aber, um einen Auftrag zur Entwicklung und Herstellung von acht Formwerkzeugen für 5-Liter-Kanister zu bekommen, mussten wir in Technologie investieren. Zuvor arbeitete ich bei einem Unternehmen, das Bauteile für die Formel 1 produzierte. Dort erwarb ich mein Know-how in der 5-Achs-Bearbeitung. Mein Ziel war immer, auch mit NBM in den 5-Achs-Markt einzusteigen. Durch meine vorherige Arbeit kannte ich die Vorteile der leistungsstarken 5-Achs-Stratgegien der CAM-Lösung Hypermill. Daher war klar, dass Hypermill die einzige Option im Hinblick auf CAM-Software war. Als 5-Achs-Bearbeitungszentrum kauften wir eine Quasar.«
Für ein kleines Unternehmen mit sechs Mitarbeitern und einigen 3-Achs-Maschinen stellte die Einführung einer modernen CAM-Software eine richtige Herausforderung dar. »Es war nicht einfach meine Familie zu überzeugen. Aber ein Benchmark mit Hypermill und unserer alten CAM-Software zeigte schnell die Vorteile. Das Programm für Messerwerkzeuge erstellten wir mit Hypermill in nur 10 Minuten. Mit unserer alten Software benötigten wir hierfür zwei Stunden. Meine Familie und unsere Mitarbeiter waren sofort begeistert.«
Wozu ein Fahrrad bauen?
Seine Leidenschaft für das Radfahren sowie die Erfahrung mit der Entwicklung und Herstellung komplexer Bauteile brachten Palmer auf die Idee, sein eigenes Mountainbike zu gestalten. Nach zahlreichen Entwürfen war er am Ziel und eine Designagentur erstellte aus seinen Skizzen ein 3D-CAD-Modell. Mit einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) wurde die Konstruktion etwa auf statische, dynamische, thermische oder strömungstechnische Gegebenheiten untersucht. Sobald die dreiteilige Rahmenkonstruktion den simulierten Belastungstest bestanden hatte, begann NBM mit der Herstellung des ersten Rahmens.
Ziel der Konstruktion war es, die Steifigkeit des Mountainbikes zu verbessern. Doch wie ist das zu erreichen? Normalerweise besteht der Rahmen aus Rohrprofilen, die zusammengeschweißt werden, jedoch sind Schweißnähte immer Schwachstellen. Aus diesem Grund entschied sich Palmer, den gesamten Rahmen aus einem Aluminiumblock zu fertigen. Um Gewicht zu sparen und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit der Konstruktion zu erreichen, programmierte Palmer viele Taschen und Rippen in den Rahmen. Laut Berechnungen konnte die Rippenstärke auf 5 Millimeter reduziert werden, ohne an Rahmensteifigkeit einzubüßen.
Hohes Zerspanvolumen in kurzer Zeit
Das Mountainbike besteht aus drei Teilen: dem Hauptrahmen, der Sattelstütze und der Schwinge, die den Hauptrahmen mit dem Hinterrad und der Federung verbindet. Alle drei Bauteile sollten jeweils aus einem Aluminiumblock gefertigt werden: Aus einem 100 Kilogramm schweren Rohteil wird der Hauptrahmen gefertigt, der am Ende nur noch 4,5 kg wiegt. Ein 15 Kilogramm schwerer Block wird zur Sattelstütze mit einem Endgewicht von 250 Gramm. Und die Schwinge wird aus einem 50 Kilogramm schweren Rohteil gefräst, das abschließend noch 2 Kilogramm wiegt. Das Zerspanvolumen ist also immens. Aus insgesamt 165 Kilogramm Rohmaterial entstand ein Aluminiumrahmen, der weniger als 7 Kilogramm wog. Die Fertigung des gesamten Mountainbikes dauerte rund 73 Stunden: Der Rahmen wurde in ca. 40 Stunden, die Schwinge in etwa 18 Stunden und die Sattelstütze in rund 15 Stunden gefräst.
Diese Fertigungsmethode mag kosten- und zeitaufwendig erscheinen, Untersuchungen von NBM ergaben, dass das Wasserstrahlschneiden einen vergleichbaren Zeit- und Kostenaufwand erfordert hätte. Doch für Palmer waren diese Faktoren nicht die entscheidenden Aspekte. Sein Ziel war, das Konzept zu testen und das bestmögliche Produkt herzustellen. »In dieser frühen Phase war nicht die Bearbeitungszeit unser Hauptanliegen, sondern die Oberflächengüte. Wenn der Rahmen einmal hergestellt ist, wird er nicht mehr nachbearbeitet, sondern kommt in die Endmontage. Unser Anliegen ist es, dem Kunden ein ästhetisch einwandfreies Mountainbike zu liefern. Erst mit Hypermill waren wir in der Lage, das Projekt so zu realisieren, wie wir uns das vorstellten. Mit unserer bisherigen CAM-Software hätten wir dies nicht umsetzen können.« Und weiter führt er aus: »Was wir an Hypermill besonders schätzen sind die einzigartigen Schlichtstrategien, die es uns erst ermöglichten einen Rahmen mit perfekten Oberflächen herzustellen.«
Maxximales Schruppen
Auch wenn für Palmer die Oberflächengüte wichtiger ist als die Bearbeitungsdauer, nutzt NBM das Schruppmodul des Performance-Pakets Hypermill Maxx Machining. Nach einer kurzen Testphase zeigte sich, dass mit den High-Performance-Cutting (HPC)-Strategien enorme Zeiteinsparungen zu erzielen sind. Palmer erklärt hierzu: »Den Hauptrahmen konnten wir mit Hypermill in 1 Stunde und 30 Minuten fertigen. Früher haben wir dazu 2 Stunden und 20 Minuten benötigt. Das entspricht einer Reduzierung von etwa 40 Prozent.« Weiter führt er aus: »Ich bin überzeugt, dass wir mit einer Maschine mit einer Spindeldrehzahl im Bereich von 15.000 bis 18.000 Umdrehungen pro Minute, statt der bisherigen 8.000, die Bearbeitungszeit auf zirka 30 Minuten minimieren könnten. Dies entspräche einer Zeiteinsparung von zirka 80 Prozent.«
Noch steckt das Projekt in den Kinderschuhen, doch Palmer ist motiviert, den Rahmenentwurf weiter zu verbessern und das Gesamtgewicht von 6,75 Kilogramm auf 5 Kilogramm zu reduzieren – der Formel-1-Hintergrund des Ingenieurs ist also nicht zu verleugnen. »Nur mit der Einführung der CAM-Lösung Hypermill und einer neuen 5-Achs-Maschine konnte ich mir meinen Traum erfüllen«, erzählt Stewart Palmer. Auch begeisterte Mountainbiker profitieren von Palmers Innovationsgeist: Sie können bei North Bucks Machining in Milton Keynes – mitten im britischen »Motorsport Valley« – ein exklusives Fahrrad erwerben.
Ein Video zeigt die Hypermill bei North Bucks Machining in Aktion:
https://youtu.be/fIvIqs3Z6eg
www.openmind-tech.com
Text: Rhys Williams, Fotos: North Bucks Machining