High-Performance Kunststoffzerspanung: Walter Meier für W&T
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Die W&T Mechanik AG in Dällikon hat ihre Fertigungsprozesse durch die Investition in das voll automatisierte Multitask-Zentrum Nakamura-Tome WY-150 optimiert. Diese Neuanschaffung, die eine 30 Jahre alte Vorgängermaschine ersetzt, ermöglicht die hochpräzise Bearbeitung komplexer Dreh-Frästeile von Prototypen bis zu Kleinserien und bestätigt die hervorragenden Erfahrungen des Unternehmens mit Nakamura-Tome-Maschinen.
Komplexe Dreh-Frästeile – von Prototypen bis hin zu kleinen und mittelgrossen Serien – sind das Tagesgeschäft der W&T Mechanik AG aus Dällikon. 2024 wurde die 30-jährige Nakamura-Tome-Maschine durch die voll automatisierte Multitask-Maschine Nakamura-Tome WY-150 ersetzt. Dass W&T erneut in eine Maschine von Nakamura-Tome investierte, hatte mehrere Gründe – einer davon war, dass die Erfahrungen mit dem Vorgängermodell schlicht hervorragend waren. Die Nakamura-Tome WY-150 überzeugte durch weitere Faktoren.
Bereits der herzliche Empfang durch Yvonne Beez (Administration) zeigte, dass bei W&T Mechanik AG der Kunde – in diesem Fall die SMM-Redaktion (Nastassja Neumaier und Matthias Böhm) – König ist.
Am Roundtable bei W&T beteiligt waren seitens W&T Luca Flotzinger und Sven Veterli (beide Mitinhaber) sowie Mathias Zavratnik (Leiter Verkauf Werkzeugmaschinen, Walter Meier (FL) AG). Etwas später stiess noch der ehemalige Inhaber der W&T, Werner Ehrat, zu dem Gespräch hinzu.
Der Grund für den Besuch der SMM-Redaktion: 2024 investierte W&T in ein neues Nakamura-Tome Multi-Taskzentrum vom Typ WY-150, um die Fertigungsprozesse zu optimieren. In der Vergangenheit setze das Unternehmen auf Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Hersteller, wobei Nakamura-Tome seit Jahrzehnten fester Bestandteil des Portfolios war.
Acht Mitarbeitende – komplexe Dreh-Frästeile – kleine Losgrössen
Mit acht Mitarbeitenden, drei Fräsmaschinen und sechs Dreh-Fräszentren hat sich W&T auf Einzelteile, Prototypen und Kleinserien spezialisiert. Ab und zu werden auch Losgrössen zwischen 1000 und 2000 Stück produziert.
Technologische Schwerpunkte liegen in der Bearbeitung komplexer Komponenten – auch Prototypen – mit einer besonderen Kompetenz in der Kunststoffzerspanung, die 60 Prozent des gesamten Fertigungsspektrums ausmacht.
Fokus Kunststoffzerspanung
Werner Ehrat: «Kunststofffertigung hat bei der W&T eine sehr lange Tradition. Das hängt auch mit einer aussergewöhnlich guten Beziehung zu einem bedeutenden Kunststoffhersteller in der Schweiz zusammen. Kunststoffzerspanung klingt auf den ersten Blick einfach, ist aber das genaue Gegenteil – nämlich hochgradig anspruchsvoll. Das liegt unter anderem an der Vielseitigkeit der Kunststoffe. Die verschiedenen Kunststoffsorten verfügen alle über ein sehr spezifisches und unterschiedliches Zerspanungsverhalten. Das muss man beim Programmieren der CNC-Codes zwingend berücksichtigen. Ansonsten laufen die Masse schnell aus der Toleranz. Aber nicht nur das.»
Sven Vetterli: «Im Bereich der Kunststoffe bearbeiten wir unter anderem PEEK, POM, PE, PP, PPS bis PVC, PET und ganz neu borbasierte Polymere. Darüber hinaus faserverstärkte Kunststoffe – zum Beispiel mit Glas-, Kohlenstoff-, Bor- sowie Holzverbundmaterialien. Die Fasern können kurz, mittellang oder lang sein. Diese – nicht einmal vollständige – Aufzählung der Kombinationsmöglichkeiten zeigt, welche zerspanungstechnischen Herausforderungen täglich beim Bearbeiten unseres Kunststoffportfolios auf uns zukommen.»
Warum ist Kunststoffzerspanung so anspruchsvoll?
Drei Beispiele, die die Herausforderungen veranschaulichen:
- Bei verschiedenen Kunststoffarten weicht das Material der Werkzeugschneide aus. Dadurch wird nicht genau so viel Material abgetragen, wie man per CNC zustellt. Das liegt an materialspezifischen Parametern, der Makro- und Mikrogeometrie der Werkzeugschneiden, Zustellparametern und Schnittgeschwindigkeiten. Deshalb ist es entscheidend, das Zerspanungsverhalten der Kunststoffe genau zu kennen und die Schnittwerte erfahrungsgemäss an das Material anzupassen, um die Sollmasse sicher zu erreichen.
- Eine weitere Herausforderung stellen Kunststoffe dar, die ihr Volumen aufgrund von Luftfeuchtigkeit stark verändern. In diesen Fällen müssen die Toleranzen in Abhängigkeit von der spezifischen Luftfeuchtigkeit gefertigt werden. Der Umgang mit hydrophilen Kunststoffen erfordert viel Erfahrung – auch hier wissen die W&T-Spezialisten, wie sie die Zerspanungsparameter setzen müssen, damit die Sollmasse innerhalb der Toleranzgrenzen bleiben.
- Werkzeugverschleiss spielt bei reinen Kunststoffen praktisch keine Rolle. Sobald jedoch Kohlenstoff- oder Glasfasern oder abrasive Füllstoffe enthalten sind, kann der Werkzeugverschleiss schlagartig ansteigen. Zudem kann es bei endlosfaserverstärkten Kunststoffen zu Delamination kommen, wenn die Zerspanungstechnologie (Werkzeugschneiden, Werkzeugmaterial (Diamant), Bearbeitungsrichtung, Bearbeitungsstrategie, Schnittwerte usw.) nicht exakt auf das Material und Werkstück abgestimmt ist.
Sven Vetterli: «Dank unserer langjährigen Erfahrung können wir auf das zerspanungstechnische Verhalten der Kunststoffe sehr gut reagieren. Was wir noch nicht angesprochen haben, ist das langspanende Verhalten vieler Kunststoffe, das der Prozesssicherheit als auch bedienlosen Fertigung nicht zuträglich ist. Hier bietet die Nakamura-Tome WY-150 Spanbruchlösungen (Oszillierendes Drehen) an, die wir entsprechend einsetzen.»
Auch Metalle sind anspruchsvoll – aber besser dokumentiert
Sven Vetterli: «Die Metallbearbeitung macht rund 40 Prozent des Geschäfts aus. Auch Metalle zeigen unterschiedliches Zerspanungsverhalten und sind, gerade wenn es um Titan und hochlegierte Chromstähle geht, hochgradig anspruchsvoll betreffend Prozesssicherheit. Jedoch verfügen die meisten Fertigungstechniker und Werkzeughersteller in diesem Bereich über einen extrem breiten Erfahrungsschatz, auf den wir aufbauen können.»
«Bei den 40 Prozent Metallen, die wir bearbeiten, handelt es sich mehrheitlich um Aluminium, Chrom-Nickel-Stähle und Titanlegierungen. Ausserdem werden «normale» Stähle – meist für Hydraulikanwendungen – bearbeitet», sagt Luca Flotzinger.
Evaluationsphase
Warum die Wahl auf die Nakamura-Tome WY-150 fiel, erklärt Sven Vetterli wie folgt: «Eine Werkzeugmaschine muss in erster Linie auf die zu fertigenden Werkstücke ausgelegt sein, wobei der Schwerpunkt auf der Fertigbearbeitung mit integriertem Teilehandling liegt. Der Durchmesser der Werkstücke für die neue Drehmaschine liegt bei maximal 65 mm, die Länge unserer Werkstücke liegt typischerweise bei bis zu 200 mm, selten darüber hinaus. Aufgrund unserer kleinen Losgrössen musste das neue Multi-Taskzentrum zudem sehr flexibel und schnell umrüstbar sein. Auch ein sauberes Einzelteilhandling war uns wichtig. Das heisst keine fallenden Teile, wegen der geforderten hohen Oberflächengüten. Die Programmierung und Bedienung der CNC sowie der Automation sollte einfach und übersichtlich sein.»
Hervorragende Erfahrungen mit den Nakamura-Tome Multitaskmaschinen
Dass W&T erneut eine Nakamura-Tome durch eine Nakamura-Tome ersetzte, ist kein Zufall. Die Entscheidung basiert u.a. auf den hervorragenden Erfahrungen mit den bisherigen Nakamura-Tome-Maschinen und der Schweizer Vertretung Walter Meier (Fertigunslösungen) AG.
Sven Vetterli: «Die Nakamura-Tome TW-20 war trotz ihrer 30 Jahre immer noch extrem zuverlässig. Sie war als Doppelspindler mit zwei Revolvern ausgelegt – ähnlich wie die neue Nakamura-Tome WY-150.
Luca Flotzinger: «Wir besitzen ausserdem eine Nakamura-Tome NTJ-100 – auch diese Maschine läuft absolut vorbildlich. Da wir auch Werkzeugmaschinen anderer Hersteller in unserer Produktion haben, können wir die Stärken der Nakamura-Tome-Maschinen gut einordnen. Alle oben genannten Parameter, inklusive dem kompakten Aufbau der Nakamura-Tome WY-150 und unseren bisherigen positiven Erfahrungen mit den Multitaskmaschinen von Nakamura-Tome, haben uns schliesslich überzeugt.»
Moderne Fertigungsstrategien: High-Performance-Cutting
Gegenüber der NT TW-20 wirkt die neue NT WY-150 fast filigran. In 30 Jahren WZM-Entwicklung hat sich einiges getan. Setzte man früher auf hohes Drehmoment und hohe Zerspankräfte, um ein hohes Zeitspanvolumen zu erzielen, dominieren heute hohe Beschleunigungen, hohe Drehzahlen und hochdynamische Dreh-Fräsprozesse (High-Performance-Cutting – HPC), die durch spezifische Fertigungsstrategien unterstützt werden. Das liegt unter anderem an der zunehmenden Komplexität und Filigranität der Bauteile. Deshalb werden moderne, auf HPC-Zerspanung fokussierte WZM-Konzepte so ausgelegt, dass weniger grosse Massen beschleunigt werden müssen.
Entscheidend ist auch die Werkzeugentwicklung, die das HPC-Verfahren überhaupt ermöglicht haben. Schneidkanten können dank Feinstkorn-Hartmetallen und Hochleistungsbeschichtungen positiver und schärfer ausgelegt werden. Das Resultat: weichere Schnitte, geringere Zerspankräfte und Drehmomente bei gleichzeitig höherem Zeitspanvolumen. Genau in diese Richtung gehen die Fertigungstechniker der W&T mit der neuen Nakamura-Tome WY-150.
Hohe Präzision – hervorragender Wärmegang
Luca Flotzinger: «Einer der wichtigsten Aspekte in der Fertigung ist die Genauigkeit, das heisst die Toleranzfelder (bis IT06), in denen die Teile gefertigt werden müssen. Bei den Werkstückgrössen, die wir bearbeiten, sind wir bei IT06-Toleranzfeldern schnell im untersten Hundertstel-Bereich, den wir prozesssicher fertigen müssen. Die bisherigen Erfahrungen auf der Nakamura-Tome WY-150 waren schlicht hervorragend, die Wiederholgenauigkeit ist unschlagbar. In der Kleinserienfertigung liegen die Toleranzfelder durchweg unter einem Hundertstel bis zu einer Bauteillänge von 200 mm. Das ist wirklich beeindruckend.»
Sven Vetterli: «Generell ist natürlich der Wärmegang der Maschinen beim Neustart am Morgen in diesem Kontext zu berücksichtigen. Nach dem Kaltstart am Morgen beträgt die Abweichung nach zirka 30 Minuten typischerweise 1/100 mm. Wenn sie dann auf Betriebstemperatur ist, hält die Maschine das +/- 0,5 Hundertstel Mass stabil. Diese Hundertstel-Variable planen wir am Morgen immer mit ein, sofern nötig.»
Mathias Zavratnik: «Aus meiner Sicht ist diese Genauigkeit absolut bemerkenswert. Die Nakamura-Tome WY-150 von W&T wurde nämlich nicht mit Glasmassstäben ausgerüstet, was als Sonderoption erhältlich wäre. Die Wegmessung erfolgt somit indirekt per Drehgeber an den Kugelumlaufspindeln. Generell verfügen die Nakamura-Tome nicht nur über ein hervorragendes thermosymmetrisches Werkzeugmaschinenkonzept, sondern darüber hinaus auch über Thermosensoren, mit deren Daten die CNC-Steuerung mögliche thermische Mikroabweichungen ausgleichen kann. Das Ergebnis zeigt sich letztlich am Werkstück.»
Smart-Loader: Handling und Automation
Sven Vetterli: «Matchentscheidend für uns war – neben der hohen Präzision und Prozesssicherheit – ein integriertes Handling, das nicht aufbaut, weil wir relativ wenig Platz in der Produktionshalle haben. Hier bot die Nakamura-Tome WY-150 definitiv die beste Lösung. Die Maschine ist mit einem integrierten Teilehandling ausgestattet, das die Teile sicher abgreift und sauber auf ein Band ablegt, damit die Oberflächen der Teile nicht beschädigt werden können.»
Werner Ehrat: «Das Linearhandlingsystem ist für das gesamte Teilespektrum, das wir auf der Maschine fertigen, sehr flexibel einsetzbar. Meiner Meinung nach ist es eines der besten Handlingsysteme, die es in diesem Bereich gibt.»
Mathias Zavratnik: « Compact-Loader heisst diese Art des Handlingsystems, es handelt sich dabei um eine Eigenentwicklung von Nakamura. Die systemische Integration der Automationslösungen während der Entwicklungsphase der Werkzeugmaschine ist sicher auch der Grund, warum das Linearhandling dermassen platzsparend in die Maschine integriert werden kann. Ausserdem ist das gesamte Handling über die CNC-Steuerung programmierbar und sehr intuitiv zu bedienen. Die Maschinenhöhe bleibt unverändert, was bei eingeschränkten Raumhöhen, wie es bei W&T der Fall ist, entscheidend sein kann.»
Simultanbearbeitung und CAM-Simulation
Aufgrund der immer höher werdenden Komplexität der Komponenten setzt W&T konsequent auf CAM-Programmierung (SolidCAM). Dank des eigens entwickelten Postprozessors stimmt das CAM-Programm praktisch 1:1 mit dem NC-Code überein.
Luca Flotzinger: «Das ist entscheidend bei unseren Simulationen, die wir im Vorfeld immer fahren. Sie müssen realitätsgetreu ablaufen. Hierfür haben wir die gesamte Maschine und die Zerspanungs-Peripherie digitalisiert. Von Walter Meier erhielten wir eine Basisdatei, die wir mit Werkzeugdaten und Halterinformationen ergänzten. Digital passt alles auf das Tausendstel – mechanisch sieht es natürlich leicht anders aus. Darüber muss man sich bewusst sein. Aber der digitale Zwilling ist gerade bei Prototypen und Kleinstserien ein Riesengewinn in Sachen Prozesssicherheit. Crashs gehören praktisch der Vergangenheit an.»
Sven Vetterli: «Dank der Simulation können wir erheblich effizienter programmieren, können die Prozesse überlagern. Mit Simulation geht man kein Risiko ein und fertigt alles sicher nacheinander. Dank der Simulation nutzen wir den simultanen Eingriff beider Revolver konsequent aus. Sowohl die Simulation als auch die Simultanbearbeitung reduziert die Bearbeitungszeiten erheblich, einige Teile fertigen wir jetzt doppelt so schnell.»
Oszillierende Zerspanung: Sicherer Spanbruch
Im Vorfeld wurde das Thema Spanbruch angesprochen, das nicht nur im Bereich der Kunststoffbearbeitung ein wichtiges Thema ist. Um den Spanbruch sicher zu gewährleisten, verfügt die Nakamura-Tome WY-150 über die Funktion des oszillierenden Zerspanens, seit etwa zwei Jahren.
«Bei duktilen Stählen und langspanenden Werkstoffen ist diese Funktion ein echter Game-Changer. Frequenz und Amplitude müssen an die jeweilige Zerspanungssituation angepasst werden. Je höher die Frequenz, desto kürzer der Span. Durch die oszillierende Amplitude entsteht ein Nullschnitt, der den Span zuverlässig bricht», so Mathias Zavratnik.
Sven Vetterli: «Entscheidend ist, dass die Amplitude auf Werkstoff und Applikation abgestimmt wird. In der bedienlosen Fertigung ist das ein riesiger Vorteil. Gerade beim Drehen entstehen oft Wirrspäne, die zu Unterbrüchen führen. Vor allem bei der Kunststoffbearbeitung – aber nicht nur – waren Wirrspäne eine tägliche Herausforderung. Mit der oszillierenden Zerspanung gehört das der Vergangenheit an. Wir setzen das oszillierende Zerspanen insbesondere beim Schruppen, in Einzelfällen auch beim Schlichten mit grossem Erfolg ein.»
Chatterfree-Funktion – Drehen ohne Rattermarken
Eine weitere interessante Funktion der Nakamura-Tome WY-150 ist die Chatterfree-Funktion, die in der CNC-Steuerung integriert ist. Dabei handelt es sich um eine automatische Anpassung u.a. von Vorschub und Drehzahl, sobald Sensoren Vibrationen während des Zerspanungsprozesses erkennen sollten. Die Schnittparameter werden von der Chatterfree-Funktion leicht variiert, um sich aus dem Resonanzfrequenzfeld herauszubewegen. Mit dieser Funktion können Rattermarken in den meisten der Fälle automatisiert eliminiert werden.
Nakamura-Tome WY-150
CNC-Drehzentrum / 2-Revolver
Diese Maschine wurde zu 100% mit erneuerbarer Energie hergestellt.
Service auf Nakamura-Tome-Niveau
Während der Evaluationsphase wurden zwei weitere Hersteller geprüft, die jedoch nicht zum Zug kamen. Unter anderem waren deren Handlingsysteme nicht so kompakt integriert wie bei Nakamura-Tome, wie Luca Flotzinger gegenüber der SMM-Redaktion sagt: «Wie Nakamura-Tome das Handling direkt in die Nakamura-Tome WY-150 integriert hat, ist absolut vorbildlich. Die Maschine baut extrem kompakt – gerade in der Schweiz ist das Verhältnis von Produktivität zu Platzbedarf entscheidend.»
Sven Vetterli: «Dazu kommt der wirklich hervorragende Service von Walter Meier (FL) – inklusive Ersatzteilservice. Die Zuverlässigkeit der Nakamura-Tome spiegelt sich im Support von Walter Meier wider. Die Techniker haben unsere Anliegen stets kompetent, effizient und partnerschaftlich gelöst. Und ein grosses Lob geht auch an Mathias Zavratnik, der unser Teilespektrum und unsere Anforderungen exzellent analysierte – und mit der Nakamura-Tome WY-150 genau die passende Maschine für unser Fertigungsspektrum empfahl.»
W&T: Unternehmensführung und Zukunft
Heute wird das Unternehmen W&T von den beiden Teilhabern Luca Flotzinger und Sven Vetterli geführt. Sie übernahmen W&T im Jahr 2022 von Werner Ehrat, der das Unternehmen 1984 als kleine mechanische Werkstatt übernommen hatte und über die Jahre in einen modernen Fertigungsbetrieb gewandelt hat. Die Übergabe wurde gezielt geplant. Luca Flotzinger, Polymechaniker, begann 2018 bei W&T, arbeitete im Vorfeld selten mit Kunststoffen, was, wie im Text beschrieben, eine völlig andere Welt der Zerspanung mit eigenen Herausforderungen ist. Sven Vetterli, gelernter Polymechaniker (2004 bis 2008), trat 2009 frisch ab der Lehre W&T bei. Für Werner Ehrat sind die beiden jungen Teilhaber ein Glücksfall und die perfekte Wahl für die zukünftige Entwicklung des Unternehmens.
