Präzise Mikrowerkzeuge

Von Rudolf Beyer Auf CNC-Schleifzentren von Rollomatic SA produziert die Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH seit mehr als 20 Jahren serienmäßig Miniatur- Zerspanungswerkzeuge in schier unvorstellbar winzigen Abmessungen und hohen Genauigkeiten. Schwerpunkt bilden Bohr- und Fräswerkzeuge aus Vollhartmetall von Durchmesser 0,2 bis 8 mm. Auf ihren neuesten Schleifzentren produzieren die Zecha- Spezialisten serienmäßig sogar leistungsfähige Mikro-Fräswerkzeuge ab 0,02 mm.

Die Ursprünge der Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH liegen seit der Gründung im Jahre 1964 in der Uhrenindustrie im Großraum Pforzheim – daher auch von Anfang an die konsequente Ausrichtung des Unternehmens auf Mikrowerkzeuge für die Feinstmechanik ,Medizinaltechnik, Uhren- und Schmuckindustrie. Etwa 100 Mitarbeitende produzieren heute in Königsbach-Stein auf insgesamt 2600 m² Produktionsfläche für die verschiedensten Anwendungen Zerspanungs- sowie Stanz- und Umformwerkzeuge höchster Güte. Den Schwerpunkt bei den Zerspanungswerkzeugen bilden Mikrowerkzeuge für Fräsen und Bohren im Durchmesserbereich 0,03 mm bis 4 mm. Um alle Anforderungen aus dem breiten Kundenkreis abdecken zu können, runden auch größere Werkzeuge bis 12 mm Durchmesser, Kreissägen, Gewindewirbler und Reibahlen das Zecha-Lieferprogramm ab. Mit der konsequenten Investition in die jeweils modernste Fertigungstechnologien sichert das Unternehmen kontinuierlich seine führende Position in diesem anspruchsvollen Bereich.

Bei größeren Stückzahlen mussten wir passen

Produziert werden die Hartmetallwerkzeuge ausschließlich auf CNC-Werkzeugschleifmaschinen von Rollomatic SA – einem Unternehmen, zu dem es seit der Firmengründung enge und persönliche Kontakte gibt. Firmengründer Erwin Zecha kaufte bei Rollier SA, dem Firmengründer von Rollomatic, anfangs die Zerspanungswerkzeuge zu, die er seinen Kunden aus eigener Fertigung zunächst nicht anbieten konnte. Stefan Zecha, der 1995 den elterlichen Betrieb übernommen hatte, erinnert sich: „Jeder kannte uns als Sonder-Werkzeughersteller für 5 bis 10 oder auch mal 20 Stück. Als zufriedene Kunden dann von den Werkzeugen die sich bei ihnen bewährt hatten, 100 oder 200 Stück bestellen wollten, mussten wir passen. Das ließ sich auf unseren manuellen Maschinen nicht zu wettbewerbsfähigen Kosten machen. Also haben wir beschlossen, für größere Stückzahlen eine Produktionsmaschine zu kaufen. Es war eine NC-gesteuerte Werkzeugschleifmaschine von Rollomatic, zu der es damals aus technischer Sicht praktisch keine Alternative gab. Auch bei den ersten frei programmierbaren 6-Achsen-Werkzeugschleifmaschinen waren wir relativ früh dabei und haben die erste NC-Maschine bei uns aus dem Verkehr gezogen und durch die neuen CNC-Maschinen ersetzt.“

Schaut man heute in die Werkzeugproduktion der Firma Zecha, wähnt man sich in einem Vorführzentrum für Rollomatic-Schleifmaschinen. Der ersten Werkzeugschleifmaschine folgen bis heute fast 50 weitere, die in der bei Zecha für die Produktion der unterschiedlichsten Werkzeuge zum Einsatz kommen. Um die vielen gleichen Maschinen auseinanderhalten zu können, haben bei Zecha alle Maschinen einen Mädchennamen erhalten, der auf der Maschinenumhausung deutlich sichtbar angebracht ist. Bei einer Störung heißt es dann beispielsweise, schau mal nach der ‚Anna‘.

Für die hohe Genauigkeit der Zecha-Mikro-Werkzeuge ist optimale Rundheit des Ausgangsproduktes eine unerlässliche Voraussetzung. Deshalb werden sämtliche Hartmetallrohlinge mittels Schälschleifen zunächst auf Rollomatic-Super Präzisions-Rundschleifmaschinen vom Typ ShapeSmart NP4 geschliffen. Schruppen und Schlichten erfolgt auf diesen Maschinen in einem Durchgang. Der Rohling wird durch ein Prisma geschoben. Eine Rolle dient als Niederhalter. Nach dem Prisma schleifen die beiden gegenüberliegenden Schleifscheiben in einem Durchgang gleichzeitig die Werkstückform. Funktioniert wie die Kombination der Fertigungsverfahren Centerless-Schleifen und Langdrehen. Die Maschine kann mit Rohlingen bis zu 300 mm Gesamtlänge automatisch Be-und Entladen werden.

Die meisten Zecha-Werkzeuge werden auf Werkzeugschleifmaschinen des Typs GrindSmart 620 XS produziert. Der Schleifbereich dieses 6-Achsen-Hochpräzisions-Werkzeugschleifzentrum reicht von Durchmesser 0,2 mm bis 16 mm. Mit der Maschine können alle Arten von Stirn- und Kugelfräsern, Spiralbohrern, Reibahlen, Stufen- und Formwerkzeugen, medizinischen und Dentalwerkzeugen, sowie Rotierfräsern sowohl in großen als auch in sehr kleinen Losgrößen mit effizienten Rüst- und Taktzeiten geschliffen werden.

Ein 2-Achsen CNC-gesteuerter Roboter sorgt mit 65 m/min für das unbeaufsichtigte Be- und Entladen von bis zu 1000 Werkzeugen mit maximal 300 mm Gesamtlänge. Die spezielle Prismenauflage für das im Werkstückspindelstock schwimmend gehaltene Werkstück und eine Lünette garantieren hohe Rundlaufgenauigkeit bei der Werkzeugherstellung. Die drei linearen Achsen X, Y und Z sind mit Glasmaßstäben ausgestattet und werden mit AC-Antriebsmotoren mittels Kugelrollspindeln direkt angetrieben, die Rotationsachsen A und B verfügen über ein spielfreies Antriebssystem mit einer vorgespannten 1:100 Übersetzung. Die C-Achse am Werkstückspindelstock wird von einem Zahnradantrieb angetrieben und ermöglicht Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu 300 U/min für ein schnelles Positionieren der Werkstücke.

Die A-Achse ermöglicht das Neigen und Drehen der Schleifspindel, um beide Enden der Spindel mit den beiden bis zu acht aneinandergereihten Schleifscheiben zu verwenden. Die eingebaute 7 kW direkt angetriebene Spindel mit integrierter Kühlung und Sperrluftabdichtung an beiden Seiten ermöglicht eine außerordentlich gleichmäßige Drehung und höchstes Drehmoment bei jeder Schleifgeschwindigkeit.

Die engen Geschäftsbeziehungen werden auch am Beispiel der neuen CNC-Werkzeugschleifzentren Grind Smart Nano6 sichtbar. Von den ersten drei dieser bei Rollomatic gefertigten Maschinen stehen zwei bei Zecha.

Kühlmittel auch für Hydrostatik

Die GrindSmart Nano6 ist ein kompaktes 6-Achsen Werkzeug Schleifzentrum der neuesten Generation für Mikrowerkzeuge mit Durchmessern von 0,01 bis 2,00 mm. Bis auf die relativ kleine Schleifspindel sind alle Achsen hydrostatisch gelagert. Das Ergebnis: 10 mal mehr Dämpfung im Vergleich zur normalen Lagerung. Durch die wesentlich höhere Lager-Steifigkeit kann bis zu 30% mehr Material abgetragen werden, ohne dass die Standzeit der Schleifscheibe und die Qualität des Werkstückes negativ beeinflusst werden. Der hohe Dämpfungskoeffizient verringert auch den Schleifscheibenverschleiß, der durch Vibrationen erzeugt wird. Die Abrichtintervalle werden länger, die Masskorrekturen geringer und die Produktionszeit wird weniger unterbrochen. Ein eingebauter Laderoboter sorgt für automatischen Betrieb.

Wenn die zentrale Kühlmittelaufbereitung wie bei der Firma Zecha richtig ausgelegt ist, kann das Kühlmittel gleichzeitig auch als Öl für die Hydrostatik verwendet werden und fließt somit gleichzeitig über alle Maschinenelemente. So werden schon beim Einschalten der Maschine sehr enge Toleranzen eingehalten. Reiner Kirschner: „In unserer Kühlmittelaufbereitungsanlage wird das Schleiföl auf 5 µm Filterfeinheit aufbereitet. Das heißt, unser Vorlauf mit gereinigtem Schleiföl ist praktisch hydrostatikfähig. Mit einem Zusatzfilter an der Nano6 wird das Öl noch auf 1 µm Filterfeinheit aufbereitet und direkt der Hydrostatik der Maschine zugeführt. Eine echter Kostenvorteil, denn dadurch sparen wir die sonst erforderliche umfangreiche Peripherie von Pumpen und Zusatzaggregaten an der Maschine.“

Bereichsleiter Martin Ruck, bei Zecha für die Mikrowerkzeug-Produktion verantwortlich: „Ich bin mir sicher, eine vergleichbare Maschine wie die Nano6 mit ihren hydrostatischen Führungen hat heute noch kein anderer Anbieter im Programm. Der Führungsverschleiß der Maschine ist praktisch bei Null. Die Stabilität des Schleifprozesses ist höher, die Oberflächengüte und die Genauigkeiten sind im Vergleich zu den normalen Rollomatic-Werkzeugschleifmaschinen noch genauer. Auf unseren 620er Maschinen habe ich bei Bedarf mehr schlecht als recht auch schon mal Werkzeuge mit D 0,1 mm gefertigt. Auf der Nano6 kann ich jetzt spiralisierte Zweischneider-Werkzeuge ab D 0,02 mm, Einschneider ab D 0,03 mm sowie Kugelfräser ab D 0,05 mm schleifen. Wir fertigen solche Werkzeuge in der Serie mit 1 bis 2 µm Toleranz und erreichen Kantenverundungen von 0,1 bis 0,2 µm. Höhere Genauigkeit muss aber auch messbar sein. Deshalb wird bei Zecha nicht nur kontinuierlich in moderne Produktionsmaschinen investiert sondern auch in modernste Messtechnik. Für die Werkerselbstkontrolle stehen direkt am Arbeitsplatz hochgenaue Messeinrichtungen mit PC-Anschluss, in dem jedes einzelne Werkzeug vermessen und gekennzeichnet protokolliert wird.

Das schnelle Wachstum der letzten Jahre lässt sich laut Stefan Zecha nämlich auf eine Vielzahl von Werkzeuginnovationen zurückführen, die als Serienwerkzeuge per Katalog neue Anwender im In- und vor allem auch im Ausland gefunden haben: Beispielsweise Spiralbohrer mit degressiver Schneide für tiefe Bohrungen, Diamantbeschichtete Fräswerkzeuge speziell für die Graphitbearbeitung im Formenbau oder höchstpräzise Spiralbohrer mit Innenkühlung ab D 0,75 mm bis 24xD.

Wir haben uns in unserem Unternehmen auf hochgenaue Mikrowerkzeuge von 0,03 bis 6 mm Durchmesser spezialisiert, denn mit 08/15 Werkzeugen können wir in einem Hochlohnland wie Deutschland keine Geschäfte machen. Deshalb haben wir bereits zwei weitere Nano6 Schleifzentren bei Rollomatic bestellt. Wir brauchen die besten Produktionsmittel, um Werkzeuge mit hoher Performance fertigen zu können mit Vorteilen in der Standzeit, den Schnittdaten, der Ausbringung. Wenn immer möglich verkaufen wir kein Werkzeug sondern einen Mehrwert, mit dem der Kunde in seiner Kalkulation einen Vorteil sieht.“W

www.rollomatic.ch

www.zecha.de