Flexibel - produktiv - präzis

19.04.2010 | Redakteur: Redaktion SMM

Horizontalbearbeitung von Unterteilen im Starrag-Heckert-Bearbeitungszentrum HEC 500 Athletic. Die Teile sind auf insgesamt 2 x 2 TC-Allmatic-Spanner im Rücken-an-­Rücken-Aufbau eingespannt.
Horizontalbearbeitung von Unterteilen im Starrag-Heckert-Bearbeitungszentrum HEC 500 Athletic. Die Teile sind auf insgesamt 2 x 2 TC-Allmatic-Spanner im Rücken-an-­Rücken-Aufbau eingespannt.

Effiziente Fertigungsorganisation

Nehmen wir zur Erläuterung folgenden Fall an: Es wird ein Spannsystem bestellt, bei dem Sonderwünsche zu realisieren sind.

«Da unsere Spannsysteme», schildert Herbert Mayr, «modular aufgebaut sind, wird zunächst ermittelt, welche Teile aus dem Standardprogramm eingesetzt werden können und welche Teile in der Konstruktion neu zu gestalten sind. Für die neu konstruierten Teile werden dann Werkstoffe, Abmasse, Belastungsangaben und vieles andere mehr vorgegeben. Die 3-D-Daten der fertigen Konstruktion holt sich nun die Fertigungsvorbereitung auf den Bildschirm.»

Fertigungsprozess virtuell perfekt vorbereitet

Josef Reuter, einst Maschinenbediener und Industriemeister, arbeitet jetzt in der Arbeitsvorbereitung als Programmierer und beschreibt die Arbeitsschritte am Bildschirm: «Das entsprechende Fertigteil kann ich dreidimensional darstellen und zur Veranschaulichung in alle Richtungen drehen. Über das Fertigteil lege ich nun virtuell das Rohteil, um zu erkennen, wie das Teil zu bearbeiten ist. Um das Bearbeitungsprogramm zu erarbeiten, spanne ich auf meinem Bildschirm das Rohteil auf die Spannvorrichtung im Maschinenraum. Jetzt beginne ich mit der virtuellen Bearbeitung des Teils. Ich gebe die entsprechenden Werkzeuge, falls notwendig auch Sonderwerkzeuge, Vorschubgeschwindigkeiten und alle anderen notwendigen Bearbeitungsdaten vor. Dabei entsteht das Bearbeitungsprogramm. Zum Schluss überprüfe ich, ob jegliche Kollisionsgefahr ausgeschlossen ist. Das fertige Bearbeitungsprogramm sende ich nun an den Leitrechner des FFS.»

Leitrechner: Hier sind alle Programme abgespeichert

«Im Leitrechner», erläutert Herbert Mayr weiter, «sind alle Fertigungsprogramme für beide Bearbeitungszentren gespeichert.»

Der Leitrechner weiss auch, auf welcher Maschinenpalette welche zu bearbeitenden Teile aufgespannt sind. Diese Informationen teilen die Maschinenbediener dem Leitrechner über das Bedientableau mit, das in der Mitte von beiden Rüstplätzen angeordnet ist. Entsprechend der abzuarbeitenden Fertigungsaufträge, die in der Regel für eine Woche vorgegeben werden, legt der Maschinenbediener selbständig die Reihenfolge der Abarbeitung der Paletten fest.

Auf diese Weise steuern die Mitarbeiter das Flexible Fertigungssystem so, dass es mit der höchsten Produktivität arbeitet. Diese eigenständige und flexible Arbeitsweise ist möglich, weil das Flexible Fertigungssystem von qualifizierten, regel­mäs­sig geschulten und eigenverantwortlich arbeitenden Mitarbeitern bedient und betreut wird. Sie holen sich die Rohteile aus dem Lager, verwalten und pflegen die Werkzeuge. Sie sind darüber hinaus für die Bestellung, Einstellung und Vermessung der Werkzeuge verantwortlich. Sie spannen die zu bearbeitenden Teile auf die Spanntürme, die ihrerseits auf Maschinenpaletten montiert sind. Herbert Mayr:» Selbstverständlich stammen die Spanntürme aus unserer eigenen Produktion.»

Nach der Wärmebehandlung die Endbearbeitung

Die Fertigteile spannt der Maschinenbediener aus und kontrolliert die Abmasse. Die Messergebnisse werden protokolliert. Etwa 90 Prozent der Teile werden anschliessend gehärtet, danach entweder geschliffen oder hartgefräst beziehungsweise hartgedreht, wenn es sich um rotationssymmetrische Teile handelt.

Die zu bearbeitenden Rohteile holen sich die Maschinenbediener aus dem Lager, das nur wenige Meter vom FFS entfernt ist. Über die beiden Rüstplätze, auf denen die Teile auf die Maschinenpaletten gespannt, umgespannt oder entladen werden, stellen die Maschinenbediener dem FFS die zu bearbeitenden Teile bereit. Das Umspannen ist notwendig, weil die Teile in aller Regel in zwei Aufspannungen gefertigt werden.

Automatische Handhabung der Maschinenpaletten

Im Palettenhandhabungssystem PHS-1500-L der Firma Liebherr sind auf vier Regalzeilen insgesamt 56 Palettenstellplätze vorhanden. Ein Regalfahrzeug übernimmt die automatische Handhabung der Maschinenpaletten innerhalb des Automatisierungssystems.

Es be- und entlädt die beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic mit den auf Maschinenpaletten aufgespannten Teilen. Das heisst, das Regalfahrzeug übernimmt die Paletten von den Rüstplätzen und lagert sie in das Regal ein. Entsprechend der Prioritätenliste übergibt das Regalbediengerät die Paletten vom Lager an die jeweilige Maschine.

Überprüfen des Werkzeugspeichers

«Bevor der Leitrechner eine Palette zu einem der beiden Bearbeitungszentren schickt», erläutert Herbert Mayr, «überprüft er, ob im Turmmagazin des betreffenden Bearbeitungszentrums alle notwendigen Werkzeuge mit entsprechender Standzeit vorhanden sind. Wenn ja, schickt es die Palette in die Maschine und sendet gleichzeitig das zugehörige Bearbeitungsprogramm an die Maschinensteuerung. Falls Werkzeuge fehlen, wird automatisch ein optisches Signal aktiviert und die entsprechenden Werkzeuge auf dem Display des Turmmagazins angezeigt. In diesem Fall erhält eine andere Palette den Vorrang. Wichtig ist, dass die Maschine eine maximale Werkzeugeingriffszeit realisiert und kontinuierlich produziert. Deshalb lassen sich die Werkzeuge hauptzeitparallel ins Turmmagazin ein- und ausschleusen.»

Ist der Auftrag abgearbeitet, wird das Bearbeitungsprogramm in der Maschinensteuerung gelöscht. «Auf diese Weise», betont Herbert Mayr, «kann ein neuer Auftrag, in dem möglicherweise Verbesserungen eingearbeitet wurden, nicht nach einem alten Bearbeitungsprogramm bearbeitet werden.»

Zielführende Investitionsvorbereitung

«Nachdem wir bereits seit dreizehn Jahren gute Erfahrungen in der Schwerzerspanung mit zwei Heckert-Bearbeitungszentren CWK 500 gemacht haben und die hohe Qualifikation sowie die engagierte Einsatzbereitschaft der Chemnitzer Fachleute schätzen lernen konnten», hebt Herbert Mayr hervor, «stand für uns ziemlich schnell fest, dass wir für unser FFS zwei Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren einsetzen. Unser Entschluss wurde zudem unterstützt, dass Starrag-Heckert im etwa 10 km entfernten D-Obergünzburg eine Service-Station betreibt. Auch Liebherr ist nur 20 Autominuten von uns entfernt.

«Wir», erläutert Herbert Mayr, «haben uns für das PHS-1500-L-System entschieden, weil Liebherr seine Palettenhandhabungssysteme als offene Systeme anbietet. Die Steuerung des Materialflusses in der Fertigungszelle übernimmt der Leitrechner. Die dafür notwendige Software lieferte die Soflex Fertigungssteuerungs-GmbH. Sie installierte die Soflex-PCS-Software, wobei PCS für Production Control Software steht.»

«Das Soflex-PCS-System», hebt Herbert Mayr hervor, «ist modular aufgebaut und sehr gut zu handhaben. Man darf sich also die Module aussuchen, mit denen man kostengünstig einen optimalen Ablauf der Fertigung organisieren kann. Wir haben auf einer unteren Stufe angefangen und werden das System mit unserem Wissensfortschritt weiter ausbauen. Auch das Regalsystem lässt sich problemlos erweitern. Beispielsweise kann man das Regal verlängern. Das können wir aus Platzgründen nicht. Wir könnten jedoch die Fertigungskapazität des FFS erhöhen, indem wir vor das zweite Starrag-Heckert-Bearbeitungszentrum ein drittes installieren.»

Genau passender Arbeitsraum

«Für die Auswahl der beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 aus der Athletic-Baureihe», resümiert Herbert Mayr, «sprach zunächst der zu unserem Produktionsprogramm genau passende Arbeitsraum, selbstverständlich auch die Leistung sowie der stabile Aufbau und die Fertigungsgenauigkeit.»

Präzise Fertigung bei hohen Zerspanleistungen

Bereits ohne nähere Einzelheiten zur Maschinentechnik zu kennen, vermittelt bereits der erste Blick in die Maschinenhalle beeindruckende Sauberkeit. In diesem Umfeld muss einfach Qualität gefertigt werden, denn Sauberkeit ist stets ein Indikator, wie sich die Mitarbeiter an ihrem Arbeitsplatz fühlen, letztendlich auch, wie sie mit der Technik umgehen, wie sie die Maschinen pflegen.

Bei den beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 aus der Athletic-Baureihe, zu der auch die beiden grösseren Maschinen HEC 630 und HEC 800 gehören, handelt es sich um hochdynamische Horizontal-Bearbeitungszentren, die produktiv und hochgenau fertigen. Sie bieten einen Störkreisdurchmesser von 1150 Millimeter und Eilgänge bis zu 60 m/min. Die maximale Belastung des Drehtisches im Arbeitsraum beträgt 1000 kg. Der Drehtisch bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 80 U/min.

Starke Hauptspindel mit 67 kW

Die beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic sind mit der erhöhten Antriebsleistung von 67 kW ausgestattet. So kann die Spindel Drehmomente von über 1500 Nm erzeugen.

Die maximale Drehzahl beträgt 7500 U/min. Die Arbeitsspindel ist wunschgemäss für eine Aufnahme von Werkzeugen ausgerüstet, die von SK-50-Steilkegel-Werkzeugaufnahmen gehalten werden. Auf diese Weise bieten die Maschinen hohe Zerspanleistungen. Die zuverlässige Arbeitsweise und die Bearbeitungspräzision gründen sich auf die innovative Gestaltung des ganzen Maschinenkonzepts.

Biege- und torsionssteife Horizontal-Arbeitsspindel

Das beginnt mit einem stabilen statischen Aufbau. Ferner spielt die werkstückseitige Ausführung in Gantry-Bauweise, die durch einen doppelseitigen Antrieb für stick-slip-freie Bewegungen des Palettentisches gekennzeichnet ist, eine weitere, tragende Rolle in der Qualitätsfertigung. Eine zentrale Bedeutung nimmt ferner die kompakt gestaltete, biege- und torsionssteife Horizontal-Arbeitsspindel mit einer vierfachen Präzisionslagerung sowie einer wartungsarmen Fettschmierung ein. Nicht zuletzt geht es immer auch um die schnelle und zuverlässige Späneentsorgung. Der Verzicht auf Teleskopabdeckungen zugunsten von trichterförmig montierten Späne-Leitblechen sorgt für den sicheren Austrag von grossen Spänemengen. Zur sicheren Entfernung der Späne aus den Bohrungen und Gewinden, aber auch zur Kühlung der Werkzeugschneiden sind die Maschinen mit einer inneren Kühlmittelzuführung ausgestattet, die den Kühlschmierstoff mit einem Druck bis zu 80 bar an die Wirkstelle der Werkzeuge drückt.

Beeindruckende Rationalisierung

Nachdem zunächst das Liebherr-Palettenhandhabungssystem installiert wurde, begann im April 2009 die Montage der beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic. «Wie vertraglich vereinbart», hebt Herbert Mayr hervor, «konnten wir fünf Wochen später mit der Fertigung beginnen. Schnittstellenprobleme gab es nicht. Erstens übernahm Starrag-Heckert in Chemnitz die Funktion eines Generalunternehmers und lieferte sowohl die Bearbeitungszentren als auch das Liebherr-Palettenhandhabungssystem aus einer Hand. Zweitens waren während der kompletten Montage- und Inbetriebnahmezeit versierte Fachleute vom Chemnitzer Unternehmen vor Ort. Sie standen uns jederzeit mit Rat und Tat zur Seite. Unsere Maschinenbediener wurden in Chemnitz geschult. Obwohl das Flexible Fertigungssystem vollautomatisch arbeitet, realisieren wir eine hochflexible Auftragsbearbeitung. So können wir unseren Kunden kurze Lieferzeiten für die unterschiedlichen Spannsysteme bieten.»

Enorm hohe Fertigungstiefe bei Allmatic

«Die produktive Qualitätsfertigung der beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren ermöglicht es uns», fügt Herbert Mayr hinzu, «alle Hauptteile im eigenen Hause herzustellen. In unserer Dreherei fertigen wir die Spindel und ab dem dritten Quartal 2010 werden wir nach entsprechender Vorbereitung auch die Spindelmutter als eines der qualitätsbestimmenden Herzstücke in unseren Spannsystemen auf den beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren bearbeiten. Insgesamt gehen wir dann von einer Fertigungstiefe von etwa 90 Prozent aus.»

Mit Positioniergenauigkeiten von ? 7µm sind die beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic in der Lage, Bearbeitungen im IT-5-Bereich auszuführen. «Diese Genauigkeitsbearbeitung ermöglicht es uns», betont Herbert Mayr zum Schluss, «künftig bei einer ganzen Reihe von Teilen das Schleifaufmass zu reduzieren.»

Autor

Peter Springfeld, Fachjournalist, Berlin

Information

Starrag-Heckert AG

Seebleichestrasse 61

9404 Rorschacherberg

Tel. 071 858 81 11

Fax 071 858 81 22

info@starragheckert.com

www.starragheckert.com

Anwender

Allmatic-Jakob Spannsysteme GmbH

Jägermühle 10

D-87647 Unterthingau

www.allmatic.de

Allmatic-Vertretung

SFS unimarket AG

Werkzeuge

Nefenstrasse 30

9435 Heerbrugg

Tel. 071 727 52 60

Fax 071 727 58 70

www.sfsunimarket.biz

@@Katen@@Hohe Zerspanleistung der Bearbeitungszentren

«Die Rationalisierungsergebnisse», resümiert Herbert Mayr (Produktionsleiter Allmatic), «zeigen sich in vielfältiger Form. Die hohe Produktivität des FFS gründet sich primär auf die hohen Zerspanleistungen der beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren, auf die Möglichkeiten, hauptzeitparallel zu rüsten sowie auch die Werkzeuge in den Turmmagazinen hauptzeitparallel ein- und auszuwechseln. Für das hauptzeitparallele Rüsten steht eine Vielzahl von Allmatic-Spanntürmen zur Verfügung, so dass sich ein grosser Teilevorrat ins Liebherr-Lager einbringen lässt. Der grosse Teilevorrat im Lagerregal sowie die hohe Speicherkapazität von 320 Werkzeugen im Turmmagazin sind weitere Voraussetzungen, damit das Flexible Fertigungssystem auf weiten Strecken ohne manuelle Eingriffe arbeiten kann. Mit Hilfe des in den Werkzeugtürmen aufbewahrten Renishaw-Messtasters lassen die zugeführten Werkstücke automatisch vermessen. Auf diese Weise können automatisierte Qualitätskontrollen in den Fertigungsprozess integriert werden. Das bedeutet, das Flexible Fertigungssystem ist in der Lage, bedienerlose Schichten zu fahren, mit dem Ziel gerade an Wochenenden mannlos zu produzieren.»

@@Katen@@Schneller Werkzeugwechsel

Zur sicheren Fertigung trägt gleichermassen das Werkzeugidentifikationssystem bei. Dazu befindet sich am Werkzeughalter ein beschreibbarer Identifikationschip. Auf diesem Chip speichert das Werkzeugvoreinstellgerät alle geometrischen Daten des Werkzeugs einschliesslich Standzeit. Passend dazu sind die Werkzeugturmmagazine der beiden Starrag-Heckert-Bearbeitungszentren ebenfalls mit einer Lese- und Schreibeinheit ausgerüstet. Bevor der maschineneigene Linearroboter das Werkzeug dem Werkzeugwechsler übergibt, wird es automatisch kontrolliert.

Der mit einem Doppelgreifer ausgestattete Werkzeugwechsler trägt ebenfalls zur Maximierung der Werkzeugeingriffszeit bei. Das Ausspannen des Werkzeuges aus der Spindel, die Übergabe an den Werkzeugwechsler sowie das Drehen des Doppelgreifers und die Übergabe des Folgewerkzeuges an die Spindel erfolgt in denkbar kurzer Zeit: Bei Werkzeugen, die bis 12 kg wiegen, beträgt die Span-zu-Span-Zeit nur etwa 4,4 Sekunden.

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