Hochleistungsbearbeitung von Chrom-Nickelstählen: Walter Meier für BC-TECH – Walter Meier Solutions

Alle Prozesse sollen für die zu fertigenden Komponenten prozesssicher und überwiegend mannlos realisiert werden.

Der besagte Grundkörper wurde bis anhin auf einer 2007er-Nakamura-Tome TW20 (ebenfalls mit Flachführungen) gefertigt, wo die Futterteile per Hand be- und entladen wurden, bei ca. 15 Minuten reiner Bearbeitungszeit. Das heisst für den Bediener, dass er vier Mal pro Stunde die Maschine bedienen musste.

Wegen des schwierig zu zerspanenden Werkstoffes (vorwiegend säureresistenter Chrom-Nickel-Stahl) und einem relativ hohen Zeitspanvolumen ist eine anspruchsvolle und ausgeklügelte Fertigungslösung gefragt. Die perfekte Aufgabe für die qualifizierten Zerspanungstechniker von BC-TECH AG, die gemeinsam mit Walter Meier (Fertigungslösungen) AG eine automatisierte und flexible Fertigungszelle konzipiert haben.

Basis der flexiblen Fertigungszelle bildet die Nakamura-Tome WT-250II MMY. Es handelt sich um ein 2-revolvriges Multitaskzentrum mit Flachführungen. Die Haupt- und Gegenspindel wurden für diesen Anwendungsfall mit erhöhter Antriebsleistung (26 kW/15 kW) ausgelegt. Die beiden Revolver verfügen über je 12 x 2 Stationen, wovon je 12 angetrieben werden können. Die Revolver-Spindelleistung liegt bei 5,5 kW.

Das Handling der Bauteile erfolgt per Beladeroboter (Robojob, dazu später) oder per Stange und integriertem Handlingsystem (Stangenlader wird 2024 nachgerüstet). Die Entnahme der Futterteile wird per Beladeroboter realisiert. Per Stange zugeführte Fertigteile werden per Band aus der Maschine geschleust.

Grundvoraussetzungen für mannlose Fertigung

M. Fetz: «Für einen automatisierten Fertigungsprozess ist eine hohe Prozesssicherheit über alle Prozesse hinweg zwingend notwendig. Das beginnt mit ausreichend langen Werkzeugstandzeiten und endet mit dem Spänemanagement. Zu Beginn konnten wir sieben Teile schruppen, dann mussten wir die Schruppplatten wechseln. Eine mannlose Schicht war unter diesen Bedingungen nicht realistisch. Wir haben neue WSP getestet, die Werkzeughalter auf fixe Blöcke umgebaut und setzten auf extrem viel Kühlschmierstoff direkt auf die Schneide als auch auf die Freiflächen der Werkzeuge. Mit diesen Optimierungen kamen wir auf 20 Werkstücke pro Werkzeugwechsel. Aber ohne die NT WT-250II MMY wäre diese Prozessstabilität nicht möglich gewesen.»

Warum Flachführungen?

Auf die Frage der SMM-Redaktion, wie er zu der Aussage komme, antwortet M. Fetz: «Das sind Erfahrungswerte. Wir machen im Vorfeld von Neuinvestitionen immer eine Maschinen-Evaluation. In diesem Zusammenhang greifen wir sowohl auf unsere eigenen Erfahrungen als auch die unserer Partner zurück. Als wir das gleiche Bauteil wegen Kapazitätsengpässen auswärts fertigen liessen, hat unser Zulieferer es auf einem qualitativ hochwertigen Multitask-Zentrum mit linearen Wälzführungen gefertigt. Von der Maschinengrösse und vom Gewicht ähnlich wie die NT WT-250II MMY. Sie hatten massive Probleme mit den Werkzeugstandzeiten. Wir machten übrigens genau die gleiche Erfahrung, als wir intern versuchten, das Bauteil ebenfalls auf einem Drehzentrum mit Wälzführungen zu fertigen, was die bisherige Werkzeugstandzeit, die wir auf der flachgeführten Nakamura-Tome TW 20 erreichten, bei sonst gleichen Bedingungen, geviertelt hat. Damit war klar: Wir brauchten ein flachgeführtes Maschinenkonzept, wie die Nakamura-Tome TW 20.»

A. Gamper: «Flachführungen sorgen nachweislich für eine hohe Grundstabilität des Zerspanungsprozesses, sie haben darüber hinaus eine schwingungsdämpfende Wirkung. Man muss bei solchen zerspanungstechnischen Anforderungen, wie in diesem Fall, ein extrem steifes Gesamtkonzept fahren, was aus unserer Sicht Grundvoraussetzung für prozesssichere und damit automatisierbare Fertigung ist. Jede Schnittstelle reduziert die Steifigkeit. Die Grundhalter, die aktuell auf der Maschine verbaut werden, werden von BC-TECH in Eigenregie gefertigt. Wir kennen die Stärken dieser Halter und vertreiben sie schweizweit.»

Spänemanagment

Oben wurde bereits beschrieben, die Standzeit der Werkzeuge ist die eine Seite bei der mannlosen Fertigung, aber auch das Spänemanagement muss greifen, wie M. Fetz sagt: «Um Fliessspäne zu vermeiden, fahren wir die Schnittwerte so, dass wir beim Schruppen möglichst dicke Späne erzeugen. Je dicker der Span, umso besser bricht er. Weiterer entscheidender Faktor ist eine ausgeprägte Spanleitstufe der Werkzeugschneiden. Generell ist bei diesem Werkstoff der Spanbruch akzeptabel, aber das ist alles andere als ein Selbstläufer.»

Automation für 30 Roh- und Fertigteile

Da ein Grossteil der auf dieser Maschine laufenden Bauteile als Futterteile automatisiert zu- und abgeführt werden müssen, wurde auf eine Knickarmroboter- und Palettierlösung des Herstellers Robojob gesetzt. Zusätzlich wurde die Maschine für die Anbindung eines Stangenladers ausgelegt, um zukünftig auch Komponenten ab Stange fertigen zu können, die über einen integrierten maschineneigenen Portalroboter entnommen und nach aussen geführt werden, ohne dass die Maschine geöffnet werden muss.

A. Gamper: «Wir arbeiten seit fünf Jahren mit dem Automationsspezialisten Robojob zusammen, der genau für solche flexiblen Anforderungen mit wechselndem Futterteilespektrum perfekt zugeschnittene Automationslösungen entwickelt hat, die extrem einfach in die Nakamura-Maschinen systemisch zu integrieren sind. Bei dem Roboter handelt es sich um einen Fanuc-Knickarm-Roboter, der 25 kg (Greifer plus Bauteile) handeln kann.» Zur Erinnerung: Das Rohteilgewicht beträgt 11 kg, das Fertigteil liegt bei 3 kg.

M. Fetz: «Beim Greifer handelt es sich um einen standardisierten Doppelgreifer, sodass das Be- und Entladen in einem Vorgang realisiert wird. Aktuell können wir mit diesem Greifer alle anfallenden Werkstücke handeln. Der zugehörige Werkstückspeicher, am Kopf der Maschine, wurde auf 30 Roh- und Fertigteile ausgelegt, und damit 10 Bauteile mehr als derzeit am Stück gefertigt werden. Bei einer Laufzeit von 15 Minuten kann die NT WT-250II MMY-Fertigungszelle auf diesem Bauteil drei Viertel einer Schicht unbedient durchlaufen. Gesichert wird das System über eine dreistufige adaptive Laserschranke.»

Wann sind Flachführungen von Vorteil?

Auf die Frage des SMM, ob Flachführungen generell zu bevorzugen seien, antwortet M. Fetz: «Das hängt immer vom Teilespektrum ab. Wälzgelagerte Werkzeugmaschinen haben andere Stärken, können hochdynamisch gefahren werden. Das war hier aber nicht gefragt. Die Maschine muss primär einmal zum Teilespektrum passen. In diesem Fall haben wir schwer zerspanbaren Werkstoff, ein grosses Spanvolumen und wir wollten den Prozess automatisieren. Für diese Anwendung ist eine flachgeführte Werkzeugmaschine eindeutig die erste Wahl. Und nach unseren ersten Erfahrungen sind wir absolut begeistert von der gesamten Fertigungslösung inklusive der Automationslösung. Walter Meier (Fertigungslösungen) AG hat gemeinsam mit uns eine massgeschneiderte Fertigungszelle entwickelt. Das war wirklich vorbildlich.»

Und zum Service sagt M. Fetz: «Wir haben 18 Nakamura-Tome in der Produktion und gerade eine neue in die Produktion integriert. Das liegt auch daran, dass die Service-Spezialisten von Walter Meier (Fertigungslösungen) AG einen wirklich guten Job machen.»