Cemec Intelligente Mechanik GmbH övertygar även de mest krävande kunderna med sin highend-utveckling och -produktion, nämligen flyg- och rymdbranschen. Genom att använda det femaxlade bearbetningscentrumet Kern Micro HD har företaget flyttat fram positionerna avsevärt för vad som är görbart. På företaget fräser man numera även de svåraste materialen med en reproducerbar precision på under mikrometernivå.
När Martin Schwab tittar upp på himlen vet han att det uppe i djupaste rymden flyger komponenter som har tillverkats på hans företag, Cemec Intelligente Mechanik GmbH. För flyg- och rymdbranschen är en av de viktigaste kunderna för vilken den 58-årige bolagsgrundaren och VD:n och hans sju anställda utvecklar och tillverkar highend-produkter med maximal precision. För att hitta optimala lösningar för sina kunder och möjliggöra produkter som tidigare betraktades som omöjliga att tillverka behöver finteknikingenjören maskiner med högsta precision. Detta ledde till att han 2019 införskaffade det femaxlade bearbetningscentrumet Micro HD, den nya toppmodellen i Kern Micro-serien från maskintillverkaren Kern Microtechnik. Det gjorde att Cemec kunde ta ett språng till en ny precisions- och reproducerbarhetsnivå – även när det gällde större volymer. Företaget i Spalt nära Nürnberg, Tyskland tillverkar hittills mest små serier. Ofta måste toleranserna vara på några få mikrometer till några hundra nanometer, och det med reproducerbarhet.
Direkt efter sina studier inom finteknik startade Martin Schwab eget. Snart växte en förståelse fram om att utveckling och produktion står i ett tätare beroendeförhållande än vad som är fallet i många projekt och företag. ”Särskilt vid höga precisionskrav måste experter inom dessa båda områden ständigt och på ögonhöjd bolla frågor med varandra för att arbeta sig fram till önskat resultat”, lyder hans ledord. Därför började han snart använda egna bearbetningsmaskiner för att sammanfoga de två fälten. Denna princip har han fortsatt att fullända efter grundandet av Cemec år 2001 och därmed fått rykte om sig som en som löser till synes omöjliga problem.
Utan Kern Micro HD vore det inte möjligt
Idag utvecklar och producerar hans företag produkter för olika branscher, exempelvis lösningar för drivningsteknik, optiska eller elektroniska komponenter. Även det senaste förevisningsprojektet är en optisk komponent. I det här fallet en som snart ska flyga upp i rymden. Schwab betonar att denna produkt inte hade varit möjlig att tillverka utan Kern Micro HD. Komponenten sitter i det ganska oansenliga omkring 66 mm långa ”teleskopet” med 20 mm diameter. Det sitter i sin tur i kommunikationsenheten på en satellit och måste med hjälp av två linser bunta ihop en laserstråle som har en diameter på 5 mm så att den kommer fram med maximalt 10 mm utvidgning på ett avstånd på 100 000 km – och det i ett temperaturfönster på -40 till +60 °C. Denna optik, som ingår i ett större system, måste dessutom klara av de enorma belastningarna vid en raketuppskjutning och får inte förlora i precision.
Bara aluminiumlegeringen, som Cemec valt ut tillsammans med sin uppdragsgivare Tesat-Spacecom på grund av dess homogenitet och särskilda värmeledningsförmåga är en utmaning. Den består av 40 procent kisel, är mycket spröd och svår att spånbearbeta. ”Det var länge sedan jag bearbetade ett så svårt material”, säger Schwab och fyller i med tydlig stolthet: ”Med Kern Micro HD kan vi trots detta fräsa in mycket små gängor med mikrometer-noggrannhet.” Parallelliteten hos de två linssätena måste vara bättre än 2 µm, och eftersom det dessutom ska sitta en ring för kompensering av termisk utvidgning däremellan måste de enskilda delarna bearbetas med en noggrannhet på mindre än 1 µm.
”Tidigare hade jag helt enkelt varit tvungen att tacka nej till en sådan förfrågan – och jag tror inte någon annan hade kunnat förverkliga det heller. Men nu har vi en ny produkt som blivit möjlig tack vare den mycket precisa fräsmaskinen och våra kunskaper”, betonar Schwab och blir konkret: ”Med Kern Micro HD förverkligar vi ytjämnheter på mindre än 800 nm och kan efterarbeta på mikrometernivå, om det behövs.”
Klassisk svarvdetalj tillverkad i fräscentrumet
Ett teleskop är egentligen en klassisk svarvdetalj. Men en svarv skulle inte ha samma erforderliga precision. Därför tillverkar Cemec det helt och hållet i en enda uppspänning i Kern Micro HD. Bearbetningen tar 40 minuter på den ena sidan och omkring två timmar på den andra.
För att kunna uppnå den höga precisionen och reproducerbarheten för bearbetningen har maskinutvecklarna på Kern integrerat ett antal innovationer i Kern Micro HD. Framför allt mikrospalt-hydrostatiken, linjära direktdrivningar och den nya tempreaturhanteringen ger avsevärda fördelar för användaren. Alla tre teknologier är tätt sammanvävda, vilket ger ett konsekvent fullständigt system. Mikrospalt-hydrostatiken är en patentsökt vidareutveckling av de hydrostatiska drivningarna som sedan länge finns i Kerns Pyramid Nano.
Den grundläggande fördelen består i att de hydrostatiska styrningarna och drivningarna inte slits mekaniskt. Dessutom möjliggör hydrostatiken stora accelerationer och samtidigt utmärkt vibrationsdämpning, samt avsevärt mycket mer skonsamma och absolut ryckfria verktygsrörelser, vilket ökar deras livslängd. Mikrospalt-hydrostatiken i Kern Micro HD är emellertid en nyhet inom maskinkonstruktion. Genom den integrerade designen i kombination med de linjära motorerna är den mer robust och har omkring 80 procent lägre energiförbrukning än vanliga hydrostatiska system. Den lilla spalten gör samtidigt att styvheten och dämpningsegenskaperna hos maskinen förbättras, vilket ger bästa yttjocklek och precision på arbetsstycket. Vid behov uppnås Ra-värden på 0,05 mikrometer i serie utan polering.
Stora och aktivt tempererade linjära motorer är en annan höjdpunkt. De har avsevärda fördelar gentemot kulskruvsmotorer när det gäller dynamik och justeringsnoggrannhet. För att integreringen skulle fungera var det bland annat avgörande att få ordning på den höga värmeutvecklingen hos de linjära motorerna.
För enligt studier står temperaturpåverkan för omkring 70 procent av alla noggrannhetsfel inom högprecisionstillverkning. Därför har de linjära motorerna aktiv temperering och är integrerade i det hydrostatiska systemet, vilket minimerar värmeinförandet. Dessutom har utvecklarna tagit temperaturhanteringen till en ny nivå på HD.
Temperatursvängningar på maximalt +/- 0,05 Kelvin
Skärvätskorna regleras mycket exakt och skickas med ett volymflöde på upp till 200 l/min genom maskinfot, rotations-/svängaxlar, linjäraxlar och spindel. Resultatet från denna innovation blir tydlig vid ett termiskt stresstest. Barbara Bergmann, områdesförsäljningschef på Kern förklarar: ”Justeringsnoggrannheten för den centrala temperaturhanteringen är endast +/- 0,05 Kelvin och bildar den perfekta basen för mycket precis bearbetning.”
Detta och mikrospalt-hydrostatiken var viktiga anledningar för Cemec i valet av Kern Micro HD. Att tillverka teleskopet för satellitkommunikation vore till exempel knappt möjlig med en maskin som inte är termiskt absolut stabil, betonar Martin Schwab: ”Vid bearbetning med stor spåntagning, högt vridmoment och snabba spåntagningssteg blir maskinen oundvikligen varm. Utan aktiv temperering leder den termiska utvidgningen vid den slutgiltiga bearbetningen till så stora avvikelser att jag inte kan uppnå den precision som krävs.” För att utnyttja all potential kommer Schwab att temperera utrymmet i vilket Kern Micro HD står till plus/minus en grads noggrannhet.
Hydrostatiken garanterar slutligen att precisionen uppnås kontinuerligt. ”Att veta att maskinen kommer att arbeta lika exakt om 15 år som den gör idag är ett viktigt argument för mig”, betonar Schwab.
Perfekt stöd av Kern-tekniker
För honom är det klart att ”Kern Micro HD är en väsentlig komponent när det gäller de kvalitetskrav som vi måste och vill tillmötesgå”. Till detta bidrar också det kontinuerliga utbytet med experterna hos maskintillverkaren i Eschenlohe, Bayern, Tyskland. ”Om vi har ett problem kontaktar vi Kern och får allt stöd man kan tänka sig. Den perfektionen har jag aldrig upplevt hos något annat företag”, framhäver Schwab. Därför vill han satsa på Kern även för den expansion som ligger i pipelinen.
Cemec tillverkar just nu mest prototyper och små serier från fem till 2 000 st. Med den nya maskinen har Schwab förberett sig på att även göra större volymer i samma precision. ”Min plan är att använda ytterligare minst två eller tre Kern-maskiner”, säger han.
Cemec Intelligente Mechanik GmbH …
…är en ägarledd utvecklingsleverantör som också tillverkar de produkter som de utvecklar. När det gäller komplexa och mycket precisa produkter ser grundaren och VD:n Martin Schwab denna sammanflätning av utveckling och tillverkning som förutsättning för optimala lösningar. Företaget med säte i Spalt i närheten av Nürnberg, Tyskland ägnar sig åt elektroniska, optiska och mekaniska komponenter och drivningsteknik, men utvecklar även fullständiga produkter. Även re-engineering, för att optimera produkter eller göra dem (mer) producerbara är ett stort verksamhetsfält. Kunderna finns ofta inom flyg- och rymdbranschen, medicinteknik eller forskning/innovation. Partnerföretaget Fath:s formkonstruktion integrerades våren 2021. Fath tillverkar bland annat delar för maskinkonstruktion och ingår i Cemec. I och med fusionen kom åtta nya medarbetare och tre fräsmaskiner in i verksamheten.
För mer information: Kern
