Das Ziel: 6000 produktive Stunden im Jahr

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BAZ mit 5 Achsen und Robot-System zur Bestückung

Die neue Maschine ist ein vertikales­5-Achsen-Bearbeitungszentrum, Modell NMV5000 DCG von Mori Seiki mit zusätzlichem Werkzeugmagazin mit insgesamt 181 Werkzeugplätzen. Zur automatischen Bestückung wurde das Erowa-Robot-System ERS mit dem Erowa-Modular-Tooling System (MTS) mit insgesamt 105 Magazinplätzen installiert. Dazu gehören ein Erowa-JMS-Job-Management-System, JMS-­Re­porting-System und eine JMS-Werkzeugverwaltung für Mapp TMS.

Weniger Vibrationen durch doppelt geführte Y- und Z-Achse

Das Mori-Seiki-Bearbeitungszentrum (BAZ) arbeitet sehr schnell, aber trotzdem hochgenau, denn hier sind die Y- und Z-Achse doppelt geführt. Dadurch wird eine Symmetrie hergestellt und die Antriebe der bewegten Teile liegen immer in deren Schwerpunkt. Auf Grund dieser Konstruktionsweise, vom Hersteller DCG-Technologie (DCG - Driven at the Center of Gravity) genannt, werden Vibrationen minimiert, die bei konventionellen Maschinen beim Wechsel der Verfahrrichtung auftreten. Bei Beschleunigungsstarts werden diese jetzt unter Kontrolle gebracht, was die Oberflächenqualität des Werkstückes verbessert und die Standzeit der Werkzeuge erhöht.

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass es auf Grund der geringen Vibrationen möglich ist, direkt von Anfang an mit der maximalen Kraft zu beschleunigen. Vor allem bei gekrümmten Oberflächen kommen die Vorteile der von der Japan-Präzisionstechnologie-Gesellschaft preisgekrönten DCG-Technologie voll zur Geltung. Das in Bewegung befindliche Teil muss ständig leicht die Richtung ändern. Um eine Abnahme der Geschwindigkeit zu vermeiden, ist hierfür eine hohe Beschleunigung erforderlich. Auch die Rundheit bei der kreisförmigen Bearbeitung wird enorm verbessert.

Präzise auch bei hohen Geschwindigkeiten

Eine weitere Besonderheit des Bearbeitungszentrums ist die oktogonale RAM- Konstruktion von Mori Seiki. Mit dieser Struktur in der Z-Achse wird die Wärmeverschiebung kontrolliert und eine ausserordentliche Geradheit erzielt. Das gewährleistet einen Vorschub mit hoher Geschwindigkeit und guter Präzision.

Das Problem bei herkömmlichen Vierkant-Führungen ist, dass sich die Gleitführungen verziehen. Auf Grund des Gleitwiderstandes wird nur an den glatten Flächen Wärme erzeugt, was zu Verziehungen führt. Mit einer oktogonalen-Ram-Konstruktion wird dieses Problem nun gelöst. Die Gleitführungen, die diagonal zueinander angeordnet sind, korrigieren gegenseitig die Wärmeverschiebung. Die Verzerrung verhält sich somit symmetrisch und der Schwerpunkt bleibt in der Position. Damit kann eine Präzisionsbearbeitung auch bei hohen Geschwindigkeiten gewährleistet werden.

Direktantrieb der Drehachsen und stabile Bauweise

Zusätzlich arbeitet die Maschine in den Drehachsen, der B- und C-Achse, mit einem direkt angetriebenen Motor. Durch die direkte Übertragung der Antriebskraft auf die Drehachsen können keine Achsenspiele auftreten. Ohne den Einsatz von Getrieben wird die Effizienz des Antriebes stark verbessert und ermöglicht einen Vorschub mit Hochgeschwindigkeit.

Ausserdem befindet sich die C-Achse im Tisch der B-Achse. Diese Tisch-in-Tisch-Bauweise bietet eine hohe Steifigkeit und ermöglicht somit eine hohe Präzision in der Bearbeitung.

Störungsarme Produktion durch stabile Konstruktionsweise

«Für uns als Zulieferer ist es besonders wichtig, mit einer immer verfügbaren Anlage zu arbeiten, eine Maschine, die wenige Ausfälle hat und bei der ein guter Service geboten wird», erklärt Produktionsleiter Berger die Prinzipien von Mandatec. Hier hatte das Unternehmen schon gute Erfahrungen mit den 3-Achs-Maschinen von Mori Seiki sowie mit der Zusammenarbeit mit dem Lieferanten und Werkzeugmaschinenimporteur Josef Binkert AG gemacht.

Und auch das neue 5-Achsen-Bearbeitungszentrum arbeitet sehr zuverlässig. Von der Konstruktionsseite wurden mögliche Risikofaktoren ausgeschlossen bzw. minimiert. So sind z. B. alle Linearantriebe aus dem Schmutzbereich entfernt und damit weniger störanfällig.

«Damit wir die Rüstzeiten in den Griff bekommen»

Während des Rüstens werden Maschinen, die nicht automatisiert sind, auch nicht produktiv genutzt. Vor allem Unternehmen, die kleine Losgrössen fertigen, geht viel produktive Zeit durch Rüstprozesse verloren. Da auch bei Mandatec vorrangig kleine und Einzelserien produziert werden, nimmt die Problematik Einrichten einen hohen Stellenwert ein. «Damit wir die Rüstzeiten in den Griff bekommen», begründet Berger demzufolge auch die Entscheidung, dass im Unternehmen seit 2003 mit dem Erowa MTS (Modular Tooling System) gearbeitet wird.

Standardisierte Schnittstelle minimiert Rüstzeiten

Heute ist das Nullpunkt-Schnellspannsystem Schnittstelle auf allen CNC-Maschinen bei Mandatec und das Unternehmen erzielt damit insgesamt mehr Flexibilität und Durchgängigkeit in der Produktion. Ausgerüstet mit der standardisierten MTS- Basis, sind alle Vorrichtungen und Spannmittel im Handumdrehen einsatzbereit und präzise auf der Maschine positioniert.

«Wenn man eine solche Investition tätigt, bindet man sich zwar, aber es bringt auch nur den Erfolg, wenn es auf möglichst vielen Maschinen eingesetzt wird», erklärt Berger. So ist auch die neue 5-Achs-Maschine von Mori Seiki mit einem MTS-Spannsystem-Adaptionskit ausgestattet. Das Kit ist von Erowa passend zum Maschinentisch der Mori Seiki NMV 5000 konstruiert, inklusive der entsprechenden Luft-Drehdurchführungen für die Single-Chuck-Spannfutterbetätigung.

Das Nullpunktspannsystem MTS ist ein offenes System, bei dem der Nullpunkt definiert ist und das Ausrichten entfällt. Die Schnittstelle zwischen Maschine und Vorrichtungen ist standardisiert und ermöglicht somit eine Minimierung der Rüstzeiten. Die maximale Werkstückgrösse richtet sich nach den Möglichkeiten der Maschine. Der modulare Aufbau der Aufspannmittel bietet eine vielfältige Kombination aller Komponenten. In einer Aufspannung können fünf Seiten des Werkstückes bearbeitet werden. Ausserdem ist das System für den automatischen Palettenwechsel geeignet.

Angepasste Automatisierungs­lösung

Das Erowa Robot System ERS ist ein modulares Handlinggerät für alle Spannsysteme von Erowa. Entsprechend den Anforderungen der Produktpalette von Mandatec und einem Teilespektrum von grossen und kleinen Teilen wurde die Automatisierungslösung erarbeitet. Das Robot-System kann mehrere Palettengrössen handeln. Es ist mit 90 Magazinplätzen MTS Single Ø148 Paletten, 12 Magazinplätzen für MTS-360-Paletten sowie drei Magazinplätzen für Adapter- bzw. Referenzplatten ausgestattet. Die Trans­fereinheit mit Greifer ist für ein Maximalgewicht von 130 kg ausgelegt. Aufgrund der modularen Bauweise ist das Robot System im Bedarfsfall mit zusätzlichen Magazinen erweiterbar.

Durch die Seitentür automatisiert

Doch nicht nur die reine Automatisierungslösung war für Mandatec entscheidend, sondern die CNC-Maschine selbst musste automatisationsvorbereitet geliefert werden. Wichtig für Mandatec ist eine automatisch zu öffnende Seitentür. «Wir hätten nie eine Maschine gekauft, die durch die Fronttür automatisiert wird.» bringt Berger es auf den Punkt. Denn nur so bleibt die Fronttür frei zugänglich für den Fall, dass Werkstücke bearbeitet werden müssen, die nicht automatisierungsfähig sind. So kann die Maschine durch den Bediener ohne Hemmnisse und Behinderungen eingerichtet werden und das Unternehmen bleibt flexibel für zusätzliche Zerspanungsaufgaben.

Ausserdem darf die automatische Türöffnung nicht blockiert werden. Bei der Späneentsorgung kommt es bei verschiedenen Maschinen immer wieder dazu, dass einzelne Späne eine automatische Öffnung verhindern. Eine zusätzliche Spänespülung mit Kühlmitteldüsen an beiden Seiten des Maschinenbetts und unterhalb der Türen sorgt für eine reibungslose Späneentsorgung. Zusätzlich sind alle Kabel und Zuführungen integriert und nicht frei im Spindelraum, so dass auch dadurch keine Behinderungen auftreten können.

Steuerung: vom Auftragseingang bis zur Alarmierung

Als Herz der Anlage steuert und verwaltet das Erowa-JMS-Job-Management-System die Aufträge, die an der Maschine bearbeitet werden sollen. Es gewährt die volle Kontrolle über Maschine und Handling und es bietet die Übersicht über Arbeitsfortschritt, Magazinbeladung und Arbeitsvorrat. Die Steuerung erfolgt vom Auftragseingang bis zur Auswertung und Alarmierung steuert das Job Management System Daten und Materialfluss.

Integriert in das Job Management System ist das Erowa Tool Management System (TMS) inklusive Werkzeugbibliothek. Den Werkzeugen ist eine bestimmte Nummer zugeordnet, damit sie für die entsprechenden Werkstücke ausgewählt werden können. Auch die Standzeiten der Werkzeuge sind hinterlegt. Zusätzlich werden die Werkzeuge auf der Maschine auf Werkzeugbruch kontrolliert. In der Bibliothek von Mandatec werden ungefähr 1000 Werkzeuge verwaltet. Auf dem Werkzeugmagazin aktiv sind entsprechend Auslegung 181 Werkzeuge

Variable Auftragsverarbeitung minimiert Stillstand

Der JMS Toolmanager vergleicht die Beladeliste des Werkzeugmagazins mit den Anforderungen aus dem Bearbeitungsprogramm. Wenn bei einem Auftrag beispielsweise die Standzeit eines Werkzeuges inkl. Schwesternwerkzeug erreicht ist oder bei Werkzeugbruch, kann der betroffene Auftrag automatisch gesperrt werden und der nächste Auftrag wird vorgezogen. Auch dadurch werden Stillstandszeiten vermieden, die Maschine arbeitet weiter, ohne dass das defekte oder abgenutzte Werkzeug sofort ausgewechselt werden muss.

Alle Komponenten in ihrer Gesamtheit tragen zur Produktivität bei Mandatec bei. Eine Fünf-Achs-Maschine, die genau den Ansprüchen von Mandatec genügt, wenig störanfällig sowie präzise und schnell arbeitet. Auch die Automatisierung ist auf die Anforderungen bei Mandatec so abgestimmt, dass in mannlosen Schichten über Nacht oder über das gesamte Wochenende gearbeitet werden kann. So erreichte das Unternehmen im November 2008 672 produktive Stunden bei maximal 720 möglichen mit einem Personalanteil von 204 Stunden. Allerdings sind solche Spitzenwerte nicht allein von der Maschinen- und Automatisierungsqualität abhängig, sondern auch von gut ausgebildeten und entsprechend motivierten Mitarbeitern, und sie sind auch nur möglich, wenn der Produktemix stimmt, die Bearbeitungszeiten nicht zu kurz und wenn die entsprechenden Aufträge vorhanden sind.