Qualität durch Automatisierung

Um die Fertigungskosten bei einer hohen Flexibilität und Teilegenauigkeit zu reduzieren, installierte der Spanntechnikspezialist Allmatic im Mai 2009 ein Flexibles Fertigungssystem. Dort werden zwei Starrag-Heckert Bearbeitungszentren von einem Liebherr-Palettenhandhabungssystem gesteuert sowie mit aufgespannten Teilen ver- und entsorgt.

Die Fertigungsaufträge, so Produktionsleiter Herbert Mayr, generieren sich aus einem Mix von einer auf Erfahrung basierenden Wochenplanung und konkreten Bestellungen. „Wichtig war uns, den Vorrat im Fertiglager deutlich zu reduzieren. Genauso wichtig ist es uns, bei einer angemessenen Vorproduktion stets lieferbereit zu sein. Wenn unser Außendienst oder unsere Händler eine konkrete Anzahl von bestimmten Spannsystemen ordern, sind wir in der Lage, die Fertigung sofort darauf auszurichten.“

Effiziente Fertigungsorganisation

Nehmen wir zur Erläuterung folgenden Fall an: Es wird ein Spannsystem bestellt, bei dem Sonderwünsche zu realisieren sind. „Da unsere Spannsysteme“, so Herbert Mayr, „modular aufgebaut sind, wird zunächst ermittelt, welche Teile aus dem Standardprogramm eingesetzt werden können und welche Teile neu zu gestalten sind. Für diese 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.“ 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 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. Zum Schluss überprüfe ich, ob jegliche Kollisionsgefahr ausgeschlossen ist. Das fertige Bearbeitungsprogramm sende ich nun an den Leitrechner des Flexiblen Fertigungssystems.“ „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. 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.“ Die Fertigteile spannt der Maschinenbediener aus und kontrolliert die Abmaße. 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. Über die beiden Rüstplätze, auf denen die Teile auf die Maschinenpaletten gespannt, umgespannt oder entladen werden, stellen die Maschinenbediener dem Flexiblen Fertigungssystem die zu bearbeitenden Teile bereit.

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 ver- und entsorgt die beiden StarragHeckert Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic mit den auf Maschinenpaletten aufgespannten Teilen. Entsprechend der Prioritätenliste übergibt das Regalbediengerät die Paletten vom Lager an die jeweilige Maschine. „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.“

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“, hebt Herbert Mayr hervor, „stand ziemlich schnell fest, dass wir für unser Flexibles Fertigungssystem zwei StarragHeckert Bearbeitungszentren einsetzen. Dass StarragHeckert im etwa 10 km entfernten Obergünzburg eine Service-Station betreibt, unterstützte unseren Entschluss. Auch Liebherr ist nur 20 Autominuten von uns entfernt. Wir 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 System“, hebt Herbert Mayr hervor, „ist modular aufgebaut und sehr gut zu handhaben. Wir haben auf einer unteren Stufe angefangen und werden das System mit unserem Wissensfortschritt weiter ausbauen. Auch das Regalsystem lässt sich problemlos erweitern. Wir könnten zum Beispiel die Fertigungskapazität des Flexiblen Fertigungssystems erhöhen, indem wir vor das zweite StarragHeckert Bearbeitungszentrum ein drittes installieren.“ „Für die Auswahl der beiden StarragHeckert 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 wirklich 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 StarragHeckert 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 Waagerecht-Bearbeitungszentren, die produktiv und hochgenau fertigen. Sie bieten einen Störkreisdurchmesser von 1.150 Millimeter und Eilgänge bis zu 60 m/min. Die maximale Belastung des Drehtisches im Arbeitsraum beträgt 1.000 kg. Der Drehtisch bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 80 U/min.

Die beiden StarragHeckert Bearbeitungszentren HEC 500 Athletic sind mit der erhöhten Antriebsleistung von 67 kW ausgestattet. So kann die Spindel Drehmomente von über 1.500 Nm erzeugen. Die maximale Drehzahl beträgt 7.500 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. 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.

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 StarragHeckert 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.

Beeindruckende Ergebnisse im Bereich der Rationalisierung

Nachdem zunächst das Liebherr Palettenhandhabungssystem installiert wurde, begann im April 2009 die Montage der beiden StarragHeckert 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 StarragHeckert 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.

„Die produktive Qualitätsfertigung der beiden StarragHeckert 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 unsere Spannsystemen auf den beiden StarragHeckert Bearbeitungszentren bearbeiten. Insgesamt gehen wir dann von einer Fertigungstiefe von etwa 90 Prozent aus.“

„Die Rationalisierungsergebnisse“, resümiert Herbert Mayr, „zeigen sich in vielfältiger Form. Die hohe Produktivität des Flexiblen Fertigungssystems gründet sich primär auf die hohen Zerspanleistungen der beiden StarragHeckert Bearbeitungszentren, auf die Möglichkeit, hauptzeitparallel zu rüsten sowie auf die Möglichkeit, 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.“

Mit maximalen Positionierunsicherheiten von nur ≤ 7µm sind die beiden StarragHeckert 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“. W

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www.starragheckert.com