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Qualität bei der Herstellung von Werkzeughaltern Big-Daishowa-Werkzeughalter: Swiss made auf Japanisch

| Autor: Matthias Böhm

Big Daishowa gehört zu den ersten Adressen, wenn es um Werkzeughalter und Spannsysteme geht. Der SMM war auf Einladung der Big Kaiser AG in den japanischen Big-Daishowa-Produktions­stätten. Die Produktionsphilosophie lässt sich mit drei Worten zusammenfassen: Qualität – Perfektion – Präzision. Diese Werte stehen für das japanisch-schweizerische Unternehmenskonglomerat, das im übertragenen Sinne «Swiss made auf Japanisch» produziert. Im Beitrag wird auf das Werkzeughaltersystem Big-Plus, ein Steilkegel mit Plananlage, fokussiert.

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Die japanische Produktion der Werkzeughaltersysteme. Hier werden alle Schnittstellen vom HSK, über Capto bis hin zum Big-Plus hergestellt.
Die japanische Produktion der Werkzeughaltersysteme. Hier werden alle Schnittstellen vom HSK, über Capto bis hin zum Big-Plus hergestellt.
(Bild: Big Kaiser)

Das 900 Mitarbeiter starke Unternehmen Big Daishowa gehört zu den grössten Werkzeughalter- und Spanntechnikherstellern der Welt. Dabei konzentriert sich Big Dai­showa zu fast 100 Prozent auf die Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und Werkzeug. Die in Awaji (ca. 80 km vom Big-Daishowa-Hauptsitz in Osaka entfernt) gefertigten Spannsysteme gehören zum Präzisesten, was am Markt erhältlich ist. Die Aston Martins unter den Big-Daishowa-Spannzangen sind das Mega Micro Chuck respektive das ultraschlanke Mega New Baby Chuck. Letzteres ist für die Uhrenindustrie konzipiert. Mit seinem präzisen 1-µm-Rundlauf ist das Spannsystem für die Hochgeschwindigkeitsanwendung perfekt zugeschnitten. Neben einem umfassenden Spannzangenangebot entwickelt und produziert Big Daishowa Winkelköpfe wie auch Schnell­laufspindeln. Sowie ein breites Spektrum an Fräs-, Bohr- und Schneidwerkzeugen aus Vollhartmetall oder als Wendeplattenwerkzeuge bis hin zu Mikrobohrern und Drehwerkzeugen.

In Europa wird Big Daishowa vom Tochterunternehmen, dem Präzisionswerkzeug-Spezialisten Big Kaiser AG, vertreten, das seinen Hauptsitz mit 120 Mitarbeitern in Rümlang bei Zürich hat und über eine eigene Produktion verfügt. Big Kaiser ist darüber hinaus ein führender Hersteller von (digitalen) Ausdrehsystemen. In Japan ist Big Daishowa im Bereich der Werkzeughalterherstellung Marktführer und arbeitet seit Jahren eng mit den asiatischen Werkzeugmaschinenherstellern zusammen, um die WZM-WZ-Schnittstelle zu optimieren. In diesem Zusammenhang ist die Big-Plus-Schnittstelle – Steilkegel mit Plananlage – hervorzuheben.

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Werkzeughalter mit allen Schnittstellen und Spanntechniken

Dem Big-Plus-System gebührt eine genauere Betrachtung, da – obwohl seit 1991 auf dem Markt – insbesondere in Deutschland und der Schweiz noch einiges an Potential besteht, um die Fertigung der hier ansässigen Unternehmen zu perfektionieren. Kurz: es geht um die Leistungsfähigkeit einer hochsteif konzipierten WZM-WZ-Schnittstelle mit erheblichem Potential. Unternehmen, die in der Produktion auf die Big-Plus Steilkegelsysteme mit Plananlage setzen, schwören auf sie. Ein solches Werkzeughalter-System wird nicht mehr aus der Hand gegeben. Das hat seine Gründe, wie sich im Folgenden zeigen wird.

Besondere Rolle der WZM-WZ-Schnittstelle

Je nach Fertigungsverfahren kommt der Werkzeugaufnahme eine unterschiedliche Funktion zu. Die Entwicklung von Werkzeugen, WZM und Spannmitteln ist immer auch in ihren Wechselbeziehungen zu sehen. Eine solche Wechselbeziehung zwischen WZM-Entwicklung und der darauf folgenden Entwicklung von HSK- und Big-Plus-System begann mit den zunehmenden Spindel-Drehzahlen jenseits der 8000-1/min-Marke. Denn bei diesen Drehzahlbereichen beginnt sich die Spindelschnittstelle merklich zu weiten, so dass der klassische Steilkegel ohne Plananlage an seine technologischen Grenzen stiess. Denn durch die Spindelweitung wird der Steilkegel eingezogen, das Werkzeug wird in Z-Achse versetzt, was letztlich zu Ungenauigkeiten am Werkstück führt und sich nachteilig auf Oberflächengüte, Präzision und Werkzeugstandzeiten auswirkt.

WZM-Spindeln: höhere Leistungen und Drehzahlen

Zeichneten sich in den 90er Jahren die Hochgeschwindigkeitsspindeln primär durch hohe Drehzahlen bei wenig Drehmoment aus, hat sich das in den letzten 20 Jahren geändert. Moderne WZM verfügen heute aufgrund der immer höheren Leistungsdichte der Spindeln sowohl über höhere Drehmomente als auch hohe Drehzahlen. Zudem entstanden neue Fertigungsstrategien wie das trochoidale Fräsen oder das Hochvorschubfräsen. Zudem müssen immer höhere Zeitspanvolumen generiert werden, wo hohe Drehmomente bei gleichzeitig hohen Drehzahlen und Vorschüben in das Werkstück übertragen werden müssen.

Einfach, aber genial: Steilkegel mit Plananlage

Die oben genannten Fertigungsmethoden profitieren zum Teil erheblich von einer hochsteifen WZ-WZM-Schnittstelle, wie Reto Adam (CEO, Verwaltungsrat Big Kaiser AG) sagt: «Genau für solche Anwendungen ist eine hochsteife Verbindung zwischen Spindel und Werkzeughalter – wie z. B. das Big-Plus-System – perfekt zugeschnitten. Beim Big-Plus-System handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Steilkegel-Schnittstelle, und zwar in der Art, dass der Bund des Steilkegels als Plananlage mit der Planfläche der Werkzeugspindel verpresst wird. Gleichwohl verfügt die Steilkegelfläche in der Spindel über einen perfekten Sitz und wird präzise geführt.»

Taku Ichii (Chief of Business Development, Verwaltungsrat, Big Kaiser AG): «Das hört sich auf den ersten Blick simpel an, ist aber eine Meisterleistung an Präzision, die sowohl seitens des Spindelherstellers als auch des Spannmittelherstellers beherrscht werden musste. Und genau hier kommt die besondere Fertigungskompetenz von Big Dai­showa zum Tragen.»

Big-Plus katapultiert Fertigung in neue Zeitrechnung

Big Daishowa hat diesbezüglich Pionierarbeit geleistet und insbesondere die asiatischen WZM-Hersteller Anfang der 90er Jahre mit ins Boot geholt, um die Big-Plus-Schnittstelle zu normieren. In Japan und Korea ist Big-Plus Standard, wie das Capto-System in Schweden Standard ist. In Europa ist die Situation eine andere. Das liegt zum einen an der starken HSK-Fokussierung, aber nicht nur. Auch der klassische Steilkegel ohne Plananlage ist in vielen Unternehmen nach wie vor anzutreffen. Und das, obwohl die Unternehmen über Werkzeugmaschinen mit Big-Plus-Spindeln verfügen. Meist haben sie aber traditionsbedingt noch die klassischen Steilkegel-Werkzeughalter im Einsatz. Genau solche Unternehmen können mit einem Wechsel zu Big-Plus massiv an Produktivität und Qualität aus ihrer Fertigung herausholen. Dabei müssen sie «lediglich» ihre Werkzeughalter tauschen und schon läuft in der Produktion eine neue Zeitrechnung.

Steilkegel mit Big-Plus-Spindel – wie Ferrari mit Fahrradfelgen

Reto Adam: «Wenn Unternehmen Werkzeugmaschinen mit Big-Plus-Spindeln haben, dann besteht auf jeden Fall die Möglichkeit, auf Big-Plus-Werkzeughalter zu wechseln. Wenn man auf einen solchen Werkzeughalter-Wechsel setzt, kann man nicht nur das gesamte Wertschöpfungspotential der Werkzeugmanagements ausschöpfen, sondern auch sehr viel höhere Zeitspanleistungen und damit Produktivität generieren. Eine Big-Plus-Werkzeugmaschine mit klassischen Steilkegel-Werkzeugaufnahmen ist in etwa dasselbe, als würde man einen Ferrari mit Fahrrad-Reifen fahren. Gleichwohl nutzen viele Unternehmen diese einfache Möglichkeit der Optimierung in ihrer Fertigung noch nicht.»

Italienische Fertiger setzen konsequent auf Big-Plus

Reto Adam: «Interessant ist es, zu sehen, wie das Big-Plus-System sich in Europa jeweils länderspezifisch durchgesetzt hat. In Italien ist Big-Plus eine der erfolgreichsten WZM-WZ-Schnittstellen. Das liegt unter anderem daran, dass in Italien viele koreanische wie auch japanische WZM-Hersteller ihre WZM konsequent mit Big-Plus-Spindeln auf den Markt bringen. Und unter den italienischen Fertigern hat sich der Vorteil des Big-Plus-Systems schnell herumgesprochen.»

Generell: Der Big-Plus-Steilkegel verbucht derart starke Argumente für eine effiziente und qualitativ hochwertige Fertigung für sich, dass es ein wenig unverständlich erscheint, dass immer noch viele Fertigungsunternehmen sich vor dem relativ kleinen Effort scheuen, von Steilkegel auf Big-​Plus-Steilkegel zu wechseln. Reto Adam: «Es liegt auch ein wenig daran, dass die europäischen WZM-Hersteller oft SK-Spindeln, aber keine Big-Plus-Spindeln im Angebot hatten. Das ändert sich aber. Mittlerweile holen auch die europäischen WZM-Hersteller auf.»

Taku Ichii ergänzt: «DMG-Mori bietet die Big-Plus-Spindeln bereits seit längerem an. In der Schweiz bieten unter anderem Fehlmann und Reiden Big-Plus-Spindeln als Option an. Was Unternehmen konkret mit Big-Plus-Werkzeughaltern an Produktivität, Qualität und Prozesssicherheit herausholen können, können wir unter Span hier vor Ort bei Big Kaiser in Rümlang aufzeigen.»

Fräsversuche mit SK- oder Big-Plus-Schnittstelle

Wie Reto Adam gegenüber dem SMM sagt, fährt Big Kaiser in seinem Technologiezentrum in Zürich in Zusammenarbeit mit den Kunden regelmässig Versuche: «Kunden können ihre Werkstücke und CAM-​Programme mitbringen. Wir können die Vorteile bezüglich Schnittdaten, Vorschüben usw. direkt miteinander an zwei identischen DMG-Maschinen – eine mit Steilkegel, eine mit Big-Plus – vergleichen. Das ist für unsere Kunden meistens dermassen beeindruckend, dass sie ihre Fertigung umgehend auf Big-Plus umstellen. Aber es ist wie so oft im Leben, man muss das erst selbst gesehen haben, sonst glaubt man es nicht.»

Enormer Steifigkeitszuwachs durch Plananlage

Der Grund für die erhebliche Verbesserung der Grundsteifigkeit der Spindel-WZ-Schnittstelle liegt zum einen in der massiv vergrösserten Querschnittsfläche zwischen Spindel und Werkzeughalter gegenüber dem Steilkegel. Denn die Steifigkeit steht in direkter Abhängigkeit des Widerstand­moments. Und hier spielt der Wirkdurchmesser eine ganz entscheidende Rolle. Denn der Durchmesser geht bei der Steifigkeit in der dritten Potenz ein. Dementsprechend massiv ist der Steifigkeitszuwachs vom normalen Schaftdurchmesser des Steilkegels gegenüber der Plananlage der Planfläche des Steilkegels zur Spindelplanfläche. Hinzu kommt, dass sich Schnittstellen aufgrund der Flächenpressung und -reibung generell positiv auf die Schwingungsdämpfung auswirken.

Kurz: ein Besuch im Technologiezentrum von Big Kaiser in Rümlang lohnt sich. Hier können nicht nur klassische Steilkegel mit Big-Plus-Werkzeughaltern verglichen werden, sondern noch dazu können alle von Big Daishowa hergestellten Spannmittel unter Span getestet werden. Darüber hinaus kann das gesamte Ausdrehspektrum von Big Kaiser unter die Lupe genommen werden, das seit kurzem mit digitaler Achse direkt mit der CNC-Steuerung verknüpft ist und somit ein vollautomatisches Vermessen und Ausdrehen der Bohrung per Ausdrehwerkzeug möglich macht. Kurz, das gesamte Technologiespektrum des japanisch-schweizerischen Fertigungsunternehmens Big Daishowa und Big Kaiser. SMM

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