IT-6-Toleranzen mit automatisiertem Drehzentrum

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Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Maschine für grosses Werkstückspektrum

Investiert wurde nach einer Evaluation verschiedener WZM in das Drehzentrum Mazak Quick Turn Nexus 250 II MSY mit Portallader GL-100F und der Mazak eigenen Mazatrol-Matrix-Steuerung, das in der Schweiz durch die Wenk AG vertrieben wird. Die Quick Turn Nexus zeichnet sich durch ein bemerkenswert grosses Werkstückspektrum aus: vom Wellenteil (max. Länge = 541 mm) bis zum Futterteil (max. Bearbeitungsdurchmesser = 380 mm) kann eine breite Werkstückgrösse abgedeckt werden. Dank Haupt- (22 kW ; 465 Nm; 4000 1/min) und Gegenspindel (7,5 kW; 75 Nm; 6000 1/min) sowie einem Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen steht der Komplettbearbeitung nichts mehr im Wege. Ein vollautomatisches integriertes Werkstückhandling und Palettensystem von Mazak (Portallader GL-100F) sorgt schliesslich für mannlosen Betrieb der Maschine. Das System eignet sich auch für kleinere Losgrössen ab ca. 100 St. (je nach Bearbeitungszeit des Werkstückes).

Revolver-Stationen können doppelt belegt werden

Die 12 Stationen des Werkzeugrevolvers können doppelt belegt werden, was die Vielseitigkeit der Maschine erhöht. Mit einem Revolver ist die Maschine optimal für den Stückzahlbereich von 100 bis 1000 Losgrössen ausgelegt. Mit der Y-Achse lassen sich Keilnuten und Bohrungen ausserhalb der Mitte fertigen, was der Komplettbearbeitung zugutekommt.

Einen maschinenbaulichen Vorteil hebt in diesem Zusammenhang Andreas Völlmin hervor: «Was für mich wichtig ist zu betonen, das Verhältnis des Futters zum Maschinenraum und dem Werkzeugrevolver. Wir können jede Werkzeug-Station belegen und kommen noch immer am Futter vorbei, das ist ein sehr wichtiger Aspekt. Derzeit haben wir ein 250er Futter mit dem 12er Revolver kombiniert. Mit dem 16er Revolver würde das so nicht gehen.»

Bauhöhe nicht unwesentlich

Lukas Rippstein, Fertigungsfachmann bei Völlmin, sagt in diesem Zusammenhang zur Auswahl der Maschine: «Ich hatte verschiedene Maschinen unterschiedlicher Hersteller unter die Lupe genommen. Neben den hohen technologischen Anforderungen, wie z.B. Ø-Grösse der Futter-bearbeitung, automatischer Betrieb von kleineren Losgrössen, Drehzahlen Haupt-/Gegenspindel, Anzahl Werkzeugstationen mit Schnellwechselsystem, dass Werkzeughalter nicht ausgerichtet werden müssen mit der Messuhr, angetriebene Werkzeuge, deren Motorenleistung und Drehzahl sowie der Fahrweug der Y-Achse war ein wesentlicher Faktor die Bauhöhe. Das ist gerade bei einer so komplexen Maschine wir der Quick Turn Nexus mit vollautomatischer Be- und Entladung alles andere als einfach, insbesondere dann, wenn der Roboter von oben laden soll, was für die Verantwortlichen von Völlmin sehr wichtig war wegen der Zugänglichkeit zur Maschine.

Bei der anschliessenden Besichtigung konnte die SMM-Redaktion tatsächlich erkennen, dass knapp noch eine «Handbreit» Platz war zwischen Roboter und der Beton-Decke. «Hier wurde Massarbeit geleistet - hat uns aber auch einiges Kopfzerbrechen bereitet», wie A. Völlmin betonte. Und wer genauer hinsah, erkannte, dass die Maschine einige cm in den Boden eingelassen war. A. Völlmin: «Das haben wir mit Praktikern gemacht, dann kommt immer etwas Gutes dabei heraus.»

Einfach zu bedienende Steuerung

Ein weiteres wesentliches Kriterium war - wie bereits oben angedeutet - eine einfach zu bedienende Maschinensteuerung. Lukas Rippstein: «Bei der Steuerung war uns wichtig, dass sie bedienerfreundlich an der Maschine programmiert werden kann. Denn wir verfügen über keinen externen Programmierplatz. Ich muss betonen, es ist unsere erste Maschine mit Mazatrol-Matrix-Steuerung und insofern auch ein wenig Neuland für uns. Wir bekamen eine maschinenspezifische Super-Schulung, die insgesamt eine Woche dauerte. Aber bereits nach einem Tag konnten wir mit der Maschine arbeiten. Die Steuerung ist wirklich hervorragend.»

Willi Mohler, Polymechaniker bei Völlmin, ergänzt in Bezug zur Steuerung «Gut, es gibt auch ungewohnte Aspekte. Zum Beispiel, dass der Bohrer erst langsam anbohrt und dann schnell in das Werkstück einfährt, aber daran habe ich mich jetzt gewöhnt. Sehr hilfreich sind die Simulationen, so dass Kollisionen bereits im Vorfeld ausgeschlossen werden können und man beispielsweise nicht ins Futter fährt.»

Die guten Noten in Hinsicht auf die Steuerung kommen nicht von ungefähr. Denn Mazak - das Unternehmen entwickelt die Steuerungssoftware inhouse, die Hardware wird von MITSUBISHI geliefert - legt hier besonders grossen Wert drauf, dass die Steuerung einfach und schnell zu bedienen ist.

In Serie IT6-Toleranzen problemlos

A. Völlmin: «Ein weiterer Entscheidungsfaktor war, dass alles aus einer Hand kommt, Software, Robotik und Maschine. Wenn etwas nicht läuft, dann gibt es nur einen Ansprechpartner, die Wenk AG. Ich kann heute sagen, die Entscheidung war absolut richtig, sie läuft einwandfrei und ist hochpräzis.» Für eine hohe Präzision spricht auch, dass die Auflösungen aller Achsen in 1/10-µm-Schritten erfolgen kann und Mazak gibt die gemessene Werkstück-Rundheit mit 0,26 µm an.

Apropos Präzision, W. Mohler ist absolut überzeugt von der Maschine und kennt deren Verhalten mittlerweile bestens: «Diese kleinen Bolzen hier - wenn ich ehrlich bin ist die Maschine fast ein wenig zu gross dafür - drehen wir in Serie mit K6-Passungen.»

Wärmegang wird automatisch kompensiert

«Und auch bezüglich Wärmegang ist sie absolut unproblematisch zu 'handeln': Die Hauptspindel hat einen Wärmegang von ziemlich genau 5/1000 mm und die Gegenspindel von 2/100mm,innerhalb der ersten zwei Stunden nach dem Einschalten. Das ist ein sehr homogenes Verhalten und wir können uns darauf bestens einstellen, nicht zuletzt wenn die Steuerung die Wärmekompensation 'selbst in die Hand nimmt'.»

W. Mohler: «Aber nicht nur solche Aspekte werden von der Steuerung beherrscht, auch eine aktive Vibrationskontrolle sorgt für höchste Prozesssicherheit. Bei uns produziert sie in der Regel 1,5 bis 2 Schichten, was natürlich auch vom Teilespektrum abhängt. Wir können aber unterschiedliche Aufträge in loser Folge mannlos fertigen. Das Teile-Handling und die Robotik als auch die Werkstückpalettisierung sind hierfür perfekt ausgelegt.»

Details optimieren Prozesssicherheit

Apropos Prozesssicherheit, wie Thomas Siegrist (Verkaufsleiter Westschweiz, Wenk AG) auf Nachfrage des SMM sagt, erkennt die Steuerung Drehmomentschwankungen im Fertigungsprozess. Th. Siegrist: «Ist der Bohrweg zum Beispiel 50 mm und der Durchmesser 20 mm, dann kann man für diese - natürlich auch werkstoffabhängigen - Bohrungsverhältnisse eine spezifische Drehmomentvorgabe eingeben. Die Maschine optimiert so, je nach Bohrtiefe und Spänefluss, den Bohrprozess. Das System funktioniert ab 5,0 mm Bohrerdurchmesser. Mit dem gleichen System kann auch ein Werkzeugbruch beim Ausdrehen erkannt werden. Die Funktion steigert zum einen die Produktivität als auch die Verfügbarkeit der Maschine. Das ist gerade im automatischen Betrieb von grosser Bedeutung.»

Karsten Allenberg (Verkauf Innendienst, Wenk AG) ergänzt in diesem Zusammenhang: «Bei der Maschine ist auch das Werkzeug-Voreinstellgerät in der Maschine integriert. Es hat zwei Funktionen, zum einen die Werkzeug-Geometrie zu vermessen und an die Steuerung weiterzugeben und zum anderen erkennt es Werkzeug-Bruch an den Schneiden.»

Portalroboter: in nur 10 Minuten programmiert

Überzeugt hat im Endeffekt das Gesamtsystem mit der integrierten Automation. «Es war sicher kaufentscheidend, dass wir mit dem Portalroboter über eine kostengünstige und vor allem praktische Automatisierungslösung verfügen. Der Vorteil des Portalroboters ist, dass die Maschine von oben be- und entladen wird. Der Zugang zu dem Maschinenraum bleibt davon völlig unberührt, was sehr praktisch ist. Wenn die Maschine erst einmal eingerichtet ist, dann erledigt der Roboter 'den Rest'. Bemerkenswert ist, wie einfach sich der Roboter programmieren lässt. Eine einzige sehr überschauliche Bildschirmmaske verfügt über alle notwendigen Eingabemodalitäten.» A. Völlmin: «Der Roboter ist in 10 Minuten mit einer ganz einfachen Bedienung eingerichtet, selbst wenn ich das mache und das heisst schon was.»

Aber nicht nur die Roboter-Programmierung ist schnell. Der Roboter verfügt über einen Doppel-Greifer (2 x 10 kg), so kann das fertige Werkstück aus dem Maschinenraum genommen werden, während der Rohling dem Futter zugeführt wird. Der Roboter macht so keinen Leerweg. Mit 120 m/min Verfahrgeschwindigkeit und dank der hohen Beschleunigungen kann der gesamte Be- und Entladezyklus in etwa 10 Sekunden abgeschlossen werden, wobei die Bewegungen ausserhalb des Maschinenraums hauptzeitparallel erfolgen. Bedienen tut sich der Roboter aus dem Palettenspeicher, welcher mit 6 Paletten l x b = 1196 x 215 mm bestückt ist und auf denen Futterteile von max. Ø 200 mm mit einer Länge von max. 120 mm (je nach Greiferhand) gespeichert werden können. Zusätzliche, auf das eigene Teilespektrum ausgelegte Paletten können vom Kunden auch selber hergestellt werden.

«Investition für meine jungen Mitarbeiter»

Nach Aussage von L. Rippstein geht auch das Umrüsten sehr schnell: «Wir sind darüber hinaus trotz der komplexen Automationslösung sehr schnell beim Umrüsten. Wenn man von einem Wellenteil auf ein Futterteil wechseln muss, dann geht das in zirka zwei Stunden über die Bühne, bei bereits vorhandenen CNC-Programmen.»

A. Völlmin: «Das ist schon sehr flott. Was ich aus den Investitionen der vergangenen Jahrzehnte gelernt habe ist, wenn wir in den neuesten Stand der Technik investierten, dann hat es sich immer bewährt. Einmal habe ich das nicht gemacht, das war eine gute Erfahrung. In diesem Zusammenhang muss ich sagen, wir sind eine kleine Firma und investieren trotzdem sehr viel Geld in eine vollautomatisierte CNC-Maschine. Aber vielleicht ist auch der folgende Aspekt ein wichtiger Grund für die Investition: Wir haben junge Leute, die die Technik verstehen, optimal nutzen können und zu mir stehen. Auch für meine jungen Mitarbeiter ist es wichtig, dass unser Geschäft mit dieser Investition fortschrittlich und zukunftsfähig geführt werden kann.»

AutorMatthias Böhm, Chefredaktor SMM

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AnwenderVöllmin Landtechnik AGLandmaschinen + CNC-FertigungHemmikerstrasse 514466 Ormalingen Tel. 061 985 86 66Fax 061 985 86 6info@voellmin-landtechnik.ch www.voellmin-landtechnik.ch/

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