SMM Fertigungsforum 2021 Fertigung: effizient und prozessoptimiert

Von Anne Richter

In diesem Jahr fand das SMM Fertigungsforum in Zürich Oerlikon, parallel zur Premiere des Swiss Production Forum (SPF), statt. An zwei Tagen präsentierten Unternehmen aus der Werkzeugmaschinenbranche ihre Lösungen für mehr Effizienz und Wirtschaftlichkeit in der Fertigung.

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Das SMM Fertigungsforum fand in diesem Jahr parallel zur Premiere des Swiss Production Forums in Zürich Oerlikon statt.
Das SMM Fertigungsforum fand in diesem Jahr parallel zur Premiere des Swiss Production Forums in Zürich Oerlikon statt.
(Bild: Thomas Entzeroth)

An zwei Tagen, Dienstag, den 23.11.2021 und Mittwoch, den 24.11.2021 fand in diesem Jahr das traditionelle und bewährte SMM Fertigungsforum statt, diemal parallel zur Premiere des Swiss Production Forum (SPF) in der modernisierten ehemaligen ABB-Industriehalle 550 in Zürich Oerlikon. Hersteller von Werkzeugmaschinen und deren Handelspartner, Werkzeughersteller und andere Unternehmen der Werkzeugmaschinenbranche präsentierten in praxisbezogenen Vorträgen ihre Lösungen für eine effizientere und damit auch wirtschaftlichere Fertigung. Moderiert wurde die Veranstaltung von Dr. Heiko Visarius, der das Fertigungsforum mit interessanten Einblicken in die Entwicklungen in der Medizintechnik eröffnete.

Fräsen, Hartfräsen und Koordinatenschleifen auf einer Maschine

Fachlich wurde das SMM-Fertigungsforum von der Fehlmann AG Maschinenfabrik eröffnet. Verkaufsleiter Jörg Sohlenthaler präsentierte ein Werkzeugmaschinen-Konzept, welches Fräsen, Hartfräsen und Koordinatenschleifen auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum vereint. Hintergrund dafür sind die gestiegenen Anforderungen, mit einer hohen Prozesssicherheit wirtschaftlich und präzise zu fertigen. Die vorgestellte Lösung ermöglicht eine herausragende Präzision bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit und zugleich einfacher Programmierung. Aufgrund zunehmender Anfragen aus dem Werkzeug- und Formenbau sowie der Teilefertigung wurde in einem Gemeinschaftsprojekt der Fehlmann AG und Heidenhain diese Lösung entwickelt. Mit diesem neuen Konzept können Bohrungen, Konturen und Führungen aus Stahl, Keramik und Hartmetall gefräst und ohne Umspannen fertig bearbeitet werden.

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Als Basis dafür dient das 5-Achs-Bearbeitungszentrum Versa 645 linear (und auch die Versa 945) von Fehlmann, das mit seinen hochdynamischen Achsen, für Dynamik und Präzision maschinentechnisch beste Voraussetzungen für das Konzept mitbringt. Sie bietet eine hohe mechanische Grundgenauigkeit, eine solide Bauweise sowie Temperaturstabilität und ein geringer Wärmegang. Durch die hohe Konturgenauigkeit von Maschine und Steuerung kann auf eine U-Achse verzichtet werden. Die Zustellung beim Schleifen erfolgt über die Bahnsteuerung. Der Schleifkörper sitzt im Rotationszentrum der Spindel. Während der Bearbeitung einer Kontur führt die Z-Achse eine konturüberlagerte, oszillierende Bewegung aus. Hierfür wurde ein Pendelhubgenerator entwickelt. Für die Steuerung heisst das, es musste eine zusätzliche Spindel in die Maschinenkinematik integriert werden. Ausserdem hat Fehlmann überlagerte Zyklen entwickelt, die nur die notwendigsten Parameter beinhalten, und damit das Programmieren stark vereinfachen und bei den Versa-Maschinen vorkonfiguriert sind.

Leistungssteigerung in der Titanbearbeitung mit dem passenden Kühlschmierstoff

Blaser Swisslube hat sich der Titanzerspanung und des Problems der kurzen Werkzeugstandzeiten angenommen. Tobias Mathys, Process Engineering Manager, hat in seinem Vortrag dargelegt, wie mit einem optimal gewähltem Kühlschmierstoff (KSS) die Werkzeugstandzeiten beachtlich verlängert werden können bei zusätzlich erhöhter Prozesssicherheit. In der Regel ist der KSS immer der letzte Faktor der hinzukommt. Das gesamte Setting mit Werkzeugmaschine, Bauteilgeometrie und -werkstoff sowie Werkzeuge und Spannvorrichtungen sind in der Regel vorgegeben. Um für bestimmte Bearbeitungsprozesse den optimalen KSS auszuwählen oder anzupassen, steht bei Blaser Swisslube ein auch mit Werkzeugmaschinen voll ausgestattetes Technologiezentrum zur Verfügung. Ein erfolgreiches Projekt des Technologiezentrums beschäftigte sich mit der Bearbeitung eines Titanbauteils, konkret ging es um die Taschenbearbeitung eines Titanbauteils auf einer Mazak Variaxis 500 mit Sandvik VHM-Fräsern. Das Testprojekt bestand darin, dass zwei identische Titanbauteile auf der gleichen Maschinen mit den gleichen Werkzeugen sowie einem Fräsprogramm von 3D-Concepts bearbeitet wurden. Der einzige Unterschied war der verwendete Kühlschmierstoff. Mit dem konventionellen KSS konnten eineinhalb Bauteile gefertigt werden, bis der Werkzeugverschleiss einen Abbruch der Bearbeitung erzwang. Mit dem neuen und speziell für die Titanzerspanung entwickeltem KSS von Blaser Swisslube konnten zwei komplette Werkstücke bearbeitet werden. Das bedeutet, dass durch den Einsatz des optimalen KSS die Werkzeugstandzeit um mehr als 30 Prozent erhöht werden konnte.

Verbesserter Nutzungsgrad mit konsequenter Digitalisierung

Auch im Vortrag von Brütsch-Rüegger und Liquidtool stand der Kühlschmierstoff (KSS) im Mittelpunkt. Hier ging es um den Einfluss des KSS auf die OEE (Gesamtanlageneffektivität), wie Raphaël Müller, Head of Industrial Solution von Brütsch Rüegger Tools und Daniel Brawand, Marketing- und Verkaufsleiter bei Liquidtool aufgezeigt haben. Brütsch/Rüegger Tools bietet ein einzigartiges Sortiment an Technologien zur Digitalisierung der Produktion. Vom Werkzeugausgabesystem über die IIoT-Plattform bis zur intelligenten Softwareanwendung profitieren Fertigungsbetriebe von der Smart Factory. Im Vortrag wurde der Frage nachgegangen, welcher Nutzen konkret beim Sammeln von Daten und der Verbindung von Geräten erzielt werden kann und demonstrierte das am Beispiel des vom Hersteller Liquidtool entwickelten Systems Liquidtool Manager, welches Konzentration und Temperatur vom KSS in der Werkzeugmaschine misst. Mit der Software des Liquidtool Managers wird der Zustand der Kühlschmierstoffe fortlaufend überwacht. Produktionsrelevante Daten können so erhoben werden und zur Steuerung, Optimierung und Sicherstellung der Produktionsqualität genutzt werden. Damit werden nicht nur die Lebensdauer von Kühlmitteln und die Standzeiten von Werkzeugen verlängert, sondern auch sichergestellt, dass Maschinen lang, produktiv und sicher laufen. Die einfach zu installierende Plug-and-Play-Lösung mit zugehörigem Sensor gewährleistet eine zuverlässige Messung, erhöht im Endeffekt die OEE und schafft Planungssicherheit.

Wer alle Faktoren eines Prozesses beherrscht, erzielt die besten Ergebnisse

Bei der Herstellung medizinischer Instrumente gibt es mehrere Herausforderungen. Die Anforderungen an Qualität und Rückverfolgbarkeit sind sehr hoch und zunehmend wird eine gleichzeitig kostengünstige Produktion immer wichtiger. Der Zeitfaktor ist eine wichtige Komponente, wenn es um Einsparungen geht. Deshalb ist es wichtig, alle Faktoren bei der Bearbeitung beherrschen – von der Maschine, dem Werkzeug über den gesamten Prozess. Zu diesem Thema hat Dr. Alberto Gotti, Forschungs- und Entwicklungsleiter bei Mikron Tool, referiert. Am Beispiel einer hämostatischen Klemme hat er aufgezeigt, dass mit den Crazy Tools von Mikron Tool und einer dynamischen Fertigungsstrategie der Bearbeitungsprozess um mehr als 40 Prozent verkürzt werden kann, wenn der gesamte Prozess optimal gestaltet ist.

Ziel des Projektes war es, einen effizienten Bearbeitungsprozess zur Herstellung einer hämostatischen Klemme zu finden. Es war klar, dass eine Optimierung nur möglich ist, wenn die gesamte Bearbeitungsstrategie angeschaut wird und nicht nur das Werkzeug. Die Anforderungen an die Werkzeugmaschine und Werkstück-Spannung wurden genau definiert. Wichtig war zusätzlich eine hohe Kühlleistung bei der Bearbeitung. Der Crazy Mill Cool IKZ (mit integrierter Kühlmittelzufuhr) von Mikron Tool erlaubt diese hohe Kühlleistung und hat sich als perfekte Lösung erwiesen. Die neue Schneidengeometrie ermöglicht ein prozesssicheres Eintauchen, vibrationsfreies Eintauchen. Ein Ausbrechen der Schneide wird verhindert,da der extraweite Spanraum in der Kopfpartie es erlaubt, dass die Späne während des Bohrprozesses aufzunehmen und seitlich in die ebenfalls erweiterten Spannuten abzuführen. Die im Schaft integrierten Kühlkanäle führen das Kühlmittel direkt an die Schneiden und sorgen in jeder Position für eine konstante und gezielte Kühlung.

Mehr Effizienz mit integrierter Automation

Integrierte Automation war das Thema des Vortrag von Marcel Vetsch und Bozo Krizanovic. Die beiden Area Sales Manager bei Suvema haben die integrierten Roboterlösungen Armroid und Standroid von Okuma vorgestellt. Die Lösungen versprechen weniger manuelle Eingriffe, eine bessere Maschinenauslastung und noch präzisere Ergebnisse. Mit dem Armroid-System für Dreh- sowie Multitasking-Maschinen hat Okuma den ersten vollständig in eine CNC-Werkzeugmaschine integrierten Roboterarm im Markt etabliert. Armroid kann für das automatische Be- und Entladen der Maschine eingesetzt werden und dient als Stütze während des Fertigungsprozesses. Der Roboterarm übernimmt während der Bearbeitung wichtige Zusatzaufgaben, die mit konventionellen Automationslösungen nicht möglich sind. So wird der Roboterarm mithilfe des automatischen Endeffektor-Wechslers schnell und sicher auf seine unterschiedlichen Aufgaben gerüstet: Neben der Hauptaufgabe, dem Be- und Entladen der Maschine mittels Greifer-Endeffektor, können ein Spüldüsen- sowie ein Abstütz-Endeffektor eingewechselt werden. Ein weiteres wesentliches Leistungsmerkmal ist, das die Maschinen- und Robotersteuerung direkt in die Okuma-Steuerung OSP-P300A integriert ist. der Bediener muss lediglich die Anfangs- und Endkoordinaten für den Roboter über einen einfachen Dialog eingeben. Für die einfache Automatisierung von Fräsmaschinen hat Okuma Standroid speziell für die Anforderungen von kleinen und mittelständischen Betrieben entwickelt. Die roboterautomatisierte Zelle ist besonders platzsparend und kann ohne spezielle Sicherungszäune oder andere Aufbauten mit verschiedenen CNC-Werkzeugmaschinen verbunden werden. Auch Standroid lässt sich sehr einfach bedienen, da auch hier die Maschinen- und Robotersteuerung vollständig in die leistungsstarke Okuma-Steuerung OSP-P300A integriert sind.

Digitalisiert schneller und effizienter fertigen

Die Digitalisierung industrieller Prozesse haben Roland Gasser, Verkaufsleiter von Icam, und Roland Mast, CAM-Engineer, in ihrem Vortrag thematisiert. Sie haben anhand einiger Beispiele die Vorteile der Integration von IT in die verschiedenen Phasen der mechanischen Fertigung aufgezeigt. Icam ist ein Anbieter von Digitalisierungslösungen für die Fertigungsbranche, mit dem Ziel effizienter und produktiver zu fertigen. Die Vorteile in der Digitalisierung liegt in einer genaueren und zuverlässigeren Programmierung mit CAM, besseren Organisation, Reduktion der Bearbeitungszeiten, Verringerung der Maschinenstillstandzeiten, Steigerung der Produktivität und einer interessanteren und damit attraktivere Arbeit für die Mitarbeiter. Durch die CAM-Programmierung können komplexere Teile schneller, genauer und mit weniger Fehlern gefertigt werden. Dazu kommen Vorteile wie: optimale Arbeitsumgebung, keine Eingabefehler, Simulation und Kollisionsprüfung, Rüst- und Einfahrzeiten reduzieren oder geringere Stillstandszeiten. Mit Icam Net werden Maschinen vernetzt und die Daten (Programme und Dokumentationen) übertragen und verwaltet. Mit der Maschinendatenerfassung wird u. a. Produktionsausfall vermieden. Durch die kontinuierliche Überwachung und Analyse der Maschinen in der Produktion können Probleme entdeckt und gelöst werden, bevor sie die Produktion zum Stillstand bringen. Dadurch steigt die Zuverlässigkeit der Maschinen und Prozesse.

Die passende Fertigungslösung

Fertigungslösungen die wie angegossen in ein Produktionsumfeld passen sind hochkomplex, genau wie die meisten Bauteile, die hergestellt werden müssen. Als Komplettanbieter kümmert sich Walter Meier von A bis Z um den gesamten Ablauf: von der Beratung im Vorfeld über die Installation der individuellen Lösung bis hin zu Schulung und Warung. Geschäftsführer Samuel Basler und Matthias Zavratnik, Verkaufsleiter für die Deutschschweiz, haben sich in ihrem Vortrag der Frage angenommen, dass die Produktivität gesteigert werden kann, indem ganze Prozess rund um die Fertigung betrachtet wird. Voraussetzung dafür sind Mitarbeiter vom Fach, die die gleiche Sprache wie die Kunden sprechen können. Vorgestellt wurde auch eine Schweizer Neuheit, die Nakamura-Tome SC-100X2. Bei dem hochdynamischen Dreh-Fräszentrum mit Gegenspindel und Zusatzrevolver kann die Vorder- und Rückseitenbearbeitung mit ein und demselben Revolver stattfinden. Dies ermöglicht ein Maschinenkonzept, bei dem die Gegenspindel 2-achsig (X/Z) verfahren kann und die Rückseitenbearbeitung zeitparallel zur Vorderseite mit einem Revolver bearbeitet wird. Der überlagerte Fertigungsprozess wirkt hochkomplex, die Programmierung ist dagegen sehr einfach. Für Dreh-Frästeile, die mit der Nakamura-Tome SC-100X2 ab sofort mit diesen Zykluszeiten bearbeitet werden können, waren bisher aufgrund eines zweiten X/Z-Revolvers grösser bauende Maschinen notwendig. Die SC-100X2 benötigt wegen der X/Z-Gegenspindel lediglich einen festen zweiten Trommelrevolver, um höher komplexe Dreh-​Frästeile zu fertigen. Das schlägt sich in der Baugrösse der Maschine nieder, die bei knapp über sechs Quadratmeter liegt. Der grosse Vorteil der überlagerten Fertigung ist, dass die Zykluszeiten gegenüber dem Schwestermodell SC-100 um 40 Prozent reduziert werden können, und dies ohne zweiten X/Z-Revolver. Ausserdem verfügt die Nakamura-Tome SC-100X2 über die Funktion der oszillierenden Bearbeitung. Damit wird dem eigentlichen Verfahrwegen eine kurzwellige Amplitude überlagert, die für einen sicheren Spanbruch sorgt. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Materialien, die zu langen Spänen neigen, prozesssicher zerspant werden müssen. Ein weiterer wichtiger Punkt des Vortrags war die Steigerung der Produktivität durch Automation. Hier optimiert und automatisiert Walter Meier das Werkstück-, Paletten- und Werkzeughandling verschiedener Werkzeugmaschinen, immer abhängig vom Gesamtprozess.

Prozessoptimierte Zerspanlösungen für die Herstellung von Medizinalschrauben

Medizintechnik war das Thema des Vortrags von Markus Ackermann, Technischer Berater bei Louis Belet, Werkzeughersteller mit 70 Prozent Sonderlösungen. Konkret wurden prozessoptimierte Zerspanungslösungen für die Herstellung von Medizinalschrauben vorgestellt. Anhand einer Medizinalschraube hat Markus Ackermann Zerspanungslösungen vorgestellt, die das Ziel haben, bei gleichbleibender Qualität die Prozesssicherheit zu erhöhen und gleichzeitig die Herstellungszeit zu reduzieren. Im Zentrum stand dabei die Herstellung des Gewindes, wofür eine neue Zerspanungslösung dem Polygonierfräsen im Detail dargestellt wurde. Hintergrund für die Belet-Lösung ist, dass bei der Herstellung von Schrauben in der Dentalmedizin die Gewindeherstellung sehr aufwändig ist. Verschiedenes Gewindewirbeln erfordert grossen Programmieraufwand. Mit Hilfe der Belet-Lösung können die Gewinde in nur wenigen Sekunden mit hoher Prozesssicherheit erzeugt werden.

Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile leicht gemacht

Im Falle einer Nachbearbeitung müssen Bauteile exakt so eingespannt werden, dass es zum NC-Code passt. Das ist vor allem bei der additiven Fertigung ein wichtiges Thema, denn die additiv gefertigten Bauteile müssen in der Regel alle anschliessend nachbearbeitet werden. Open Mind hat hierfür eine einfache Lösung vorgestellt, die eine automatische Anpassung des NC-Codes direkt im CAM-System ermöglicht. Produktmanager Manfred Guggenmoos hat in seinem Vortrag diese Lösung vorgestellt. Die Funktion Hypermill Best Fit ist speziell für Bauteile, deren Ausrichtung auf der Maschine schwierig bis unmöglich ist, ausgelegt. Überhaupt braucht die manuelle Ausrichtung auf der Maschine viel Erfahrung, Geduld und Zeit. Oft müssen mehrere Ebenen und somit auch Achsen gleichzeitig berücksichtigt werden. Mit der Best Fit Funktion hat Open Mind in der virtuellen Maschine ihrer CAD/CAM-Suite Hypermill eine Alternative zur manuellen Ausrichtung vorgestellt. Die Open Mind Simulation verschiebt das Bauteil virtuell auf den richtigen Platz und wird mit einer einschliessenden Messung validiert. Auf Knopfdruck passt die Software die Bauteilposition virtuell an und simuliert sie. Das Bauteil muss daher nicht auf der Maschine ausgerichtet werden. Diese virtuelle Alternative zur manuellen Ausrichtung spart sehr viel Zeit und unter Umständen auch viel Geld, wenn sich die manuelle Ausrichtung als nicht ausreichend zuverlässig erweist. Die Rüstprozesse sind somit kürzer, der Prozess ist sicherer und vor allem auch besser planbar.

Mikromechanische Antriebe von morgen

Zahnradbasierte Kraftübertragungen befinden sich mitten in einer Revolution, sowohl bei Mikrozahnrädern wie auch bei grösseren Zahnrädern mit präzisen Feinverzahnungen. Diametal hat für das Zerspanen von Mikroverzahnungen eine neue Technologie entwickelt, die auf dem Fertigungsforum von CPO Sergio Galantino vorgestellt wurde. Diametal nennt die neue Technologie Diaskiving, es ist die Miniaturisierung des Powerskiving oder auch Wälzschälverfahren genannt. Vor allem in der Medizintechnik sind Mikrogetriebe und Mikroverzahnungen allgegenwärtig und erfordern daher neue effizientere und präzisere Herstellungsverfahren inklusive neue, schnellere und präzisere Werkzeuge. Die neue leistungsstarke Technologie Diaskiving ist speziell auf das Zerspanen von Mikroverzahnungen bei Innen-, Stirn- oder Aussenverzahnungen in kleineren Abmessungen ausgelegt und eine hocheffiziente Alternative zur klassischen Technologie zur Bearbeitung von Verzahnungen.

Effizienter dank individueller Automation

Die Maier Machines & Robotics GmbH fokussiert darauf, Maschinen Prozesse und Automation auf individuelle Anforderungen abzustimmen. Geschäftsführer Michael Maier hat in seiner Präsentation dargestellt, welche Entwicklungen entstehen können, wenn der Kunde und Maschinenbauer eng zusammenarbeiten. Konkret handelt es sich um eine vollautomatische Dreh- Fräsmaschine zur Fertigung zweier komplexer Bauteile zur selben Zeit auf einer Maschine, mit anschliessender Qualitätskontrolle und Verpacken in Transportbehälter. Ein Vorteil dabei ist das modulare Maschinenkonzept der Firma Maier, das es ermöglicht, bei Neuentwicklungen auf bestehende Komponenten zurückzugreifen und eine komplett neue Maschine zu schaffen. Bei der Lösung befinden sich zwei Langdreh-Bearbeitungszentren auf einem Maschinenbett, inklusive doppleter Stangenlademagazine, zwei Haupt- und zwei Gegenspindeln. Auf dieser Maschine können zwei unterschiedliche Bauteile parallel zur selben Zeit gefertigt werden. Das Werkzeug-Prozess-Monitoring ermöglicht eine digitalisierte Überwachung der Werkzeuge. Zur Steigerung der Gesamtproduktivität wurde die Anlage mit einem Roboter-System ergänzt. -ari- SMM

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