Fertigungssysteme Mittlere und große Serien flexibel und effizient bearbeiten

Produzierende Unternehmen, die Erfolg haben wollen, müssen in der Lage sein, schnell reagieren zu können. Reagieren auf sich immer stärker und vor allem schneller bewegende Märkte und veränderte Marktanforderungen. Wer dazu in der Lage ist, hat den entscheidenden Erfolgsfaktor, wie die Fertigung im VW-Werk in Chemnitz zeigt.

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Um schnell auf veränderte Marktsituationen reagieren zu können, benötigen Unternehmen für ihre Fertigung flexible Maschinen und Anlagen. Häufig muss die gesamte Produktion innerhalb kürzester Zeit an neue Werkstücktypen, wechselnde Stückzahlen oder andere Veränderungen angepasst werden. Und dies bei einem möglichst geringen Kostenaufwand.

Produktionsanlagen sind umrüstfreundlich

Als Hersteller von Präzisionswerkzeugmaschinen fertigt Wema Vogtland GmbH flexible Fertigungseinrichtungen für die spanende Bearbeitung mittlerer und großer Serien und ist ein weltweit tätiger Partner vieler namhafter Automobilhersteller. Dem allgemeinen Trend zu umrüstfreundlichen Produktionsanlagen folgend, wurde das modular aufgebaute Maschinenkonzept HPC Flex-V entwickelt. Diese Bearbeitungszentren können als Stand-alone-Maschine, aber auch verkettet zur Komplettbearbeitung eingesetzt werden. Für großvolumige Produktionsprozesse sind sie darüber hinaus in Rundtransfersysteme integrierbar. Die Aufwände für Bedienung und Beladung werden somit minimiert.

Eine zeitlich angemessene Anpassung an neue Fertigungsaufgaben ist möglich durch verschiedene Ausführungsvarianten mit bis zu fünf Achsen. Der Bearbeitungsraum ist dabei aufgrund der modularen Bauweise frei konfigurierbar. Somit kann der Maschinenaufbau optimal an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe angepasst werden. Für später abweichende Fertigungsaufgaben kann auf eine andere Maschinenkonfiguration durch Nach- oder Umrüsten umgestellt werden. Sondermodule wie Plandreh-, Mehrspindelbohrkopf- und Montagestationen können in verkettete Systeme eingebunden werden. Eine Reduzierung der Nebenzeiten erfolgt durch verschiedene Möglichkeiten der hauptzeitparallelen Beschickung.

Zwei Bearbeitungszentren bilden Grundlage des Fertigungskonzepts

Grundlage des genannten Konzepts bilden das einspindlige Bearbeitungszentrum HPC Flex-V 100 und das zweispindlige Bearbeitungszentrum HPC Flex-V 200. Diese horizontalen Zentren sind mit verschiedenen Tischvarianten oder Palettenwechsler ausrüstbar, sodass eine Drei-, Vier-, und Fünf-Achs-Bearbeitung möglich ist (Bild 1).

Die einspindlige Ausführung bietet ein absolutes Höchstmaß an Umrüstflexibilität. Für einfache Bearbeitungsprozesse und mittlere Stückzahlen ist das Bearbeitungszentrum mit einem einfachen Rundtisch (B-Achse) erhältlich. Weiterhin ist dieses Modul auch mit Palettenwechsler und Belade- beziehungsweise Rüstplatz ausrüstbar. Die dritte Variante des Einspindlers ist mit einem Schwenkbalken als horizontale Achse (A-Achse) ausgestattet, optional auch mit Rundtisch, wodurch eine Fünf-Achs-Bearbeitung möglich wird.

Für Einsatzgebiete mit maximaler Produktivität ist die zweispindlige Variante die ideale Lösung. Auch sie ist gleichermaßen flexibel ausrüstbar: zwei Rundtische (B-Achsen), zwei Rundtische mit Palettenwechsler und der Schwenkbalken als horizontale Achse (A-Achse), der mit zwei Rundtischen (B-Achsen) ausgerüstet für eine äußerst effektive Fünf-Achs-Bearbeitung der jeweiligen Werkstücke sorgt (Bild 2). Alle diese verschiedenen Komponenten sind Teil eines Baukastensystems, aus dem kundenspezifische Bearbeitungskonzepte entwickelt werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:

• die Verkettung von mehreren Bearbeitungszentren durch verschiedene Transfer- und Transporteinrichtungen wie Portallader,
• die Kombination mit Sondermaschinenbaugruppen und peripheren Operationen wie Reinigen oder Lecktest,
• die Anordnung von Modulen an einem patentierten Palettenrundtransfer, an Rundschalttischen oder in Transferstraßen.

Flexible Fertigungssysteme bedarfsorientiert einsetzen

Wie eine solche Bearbeitungslösung aussehen kann, zeigt das Beispiel einer Fertigungsanlage bei Volkswagen in Chemnitz (Bilder 3 und 4). Die Herausforderung bestand darin, die bisherige Fertigung des Dreizylinder-Otto-Motors des Polo umzustellen auf den 2-l-Vierzylinder-Pumpe-Düse-Motor des Golf V. Im Gegensatz zu starren Großanlagen, die eine extrem langfristige Kapazitätsplanung erfordern, werden dauerhaft flexible Fertigungssysteme eingesetzt, die bedarfsorientierte, stufenweise Investitionen möglich machen.

Für die Bearbeitung von Aluminium-Zylinderkopfhauben hat sich VW Chemnitz für zwei Doppelspindel-Rundtransfermaschinen entschieden. Grundlage dabei sind jeweils drei einzelne Doppelspindel-Bearbeitungsmodule HPC Flex-V 200, angeordnet an einem Palettenrundtransfer. Die installierten Anlagen vereinen die Vorteile von Bearbeitungszentrum, Transferstraße und Rundtaktmaschine. Sie sind das beste Beispiel dafür, wie standardisierte Bearbeitungszentren zu einer flexiblen Fertigungsanlage verkettet werden können.

Rundtransferkonzept bietet Vorteile

Das schon erwähnte Rundtransferkonzept bietet gegenüber herkömmlichen Maschinenkonzepten für Großserien einige Vorteile. Klassische Rundtaktmaschinen besitzen einen zentralen großen Bearbeitungstisch mit festen oder drehbaren, auf Planetentischen angeordneten Spannvorrichtungen. Da die Bearbeitungsstationen fest montiert sind, ist ein Ausgleichen der Vorrichtungstoleranzen nicht möglich.

Die daraus entstehenden Abweichungen sind bei den heute geforderten Bearbeitungsgenauigkeiten von großem Nachteil. Anders der Rundtransfer: Wie bei einem einzelnen Bearbeitungszentrum hat dort jede Bearbeitungsstation einen zugeordneten NC-Rundtisch, der zur Station hochgenau justiert ist.

Ein weiterer Vorteil gegenüber Planetentisch-Maschinen besteht in der Tatsache, dass nur dort Rundtische eingesetzt werden, wo sie für die Bearbeitung wirklich erforderlich sind. In Stationen ohne benötigte Teilbewegung sowie für die Be- und Entladung werden feste Spannplätze vorgesehen. Dadurch und aufgrund des Fehlens des Trägerrundtisches mit Drehverteiler lassen sich Invest- und Ersatzteilaufwände erheblich reduzieren.

Zentraler Rundtransfer taktet Paletten von Station zu Station weiter

Bei der Verkettung der Doppelspindel-Module verfügt jede Station über zwei NC-Rundtische. Insgesamt sind das bei drei Bearbeitungsstationen und einer Belade- beziehungsweise Entladestation sechs Rundtische und zwei Rüstplätze. Der zentrale Rundtransfer dient zum Weitertakten der Paletten von Station zu Station. Während der Bearbeitung sind die Paletten auf den Rundtischen beziehungsweise Spannplätzen der einzelnen Stationen fest gespannt. Weil in dieser Phase keine mechanische Verbindung zum Rundtransfer besteht, haben eventuelle Teilungsfehler keinerlei Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit.

Eine individuelle Ansteuerung der hydraulischen Vorrichtungen jeder Station ist möglich, weil sie nicht vom zentralen Drehverteiler eines Trägerrundtisches, sondern an jedem einzelnen Stationsrundtisch beziehungsweise Spannplatz versorgt werden. Hohe Bearbeitungsgenauigkeiten werden durch direkt angetriebene Rundtische (B-Achsen) mit integrierten Messsystemen erzielt. Die Werkzeuge in den Z-Achsen können auch separat zugestellt werden. Dies ermöglicht außer individueller Tiefenkorrektur das unabhängige Einbringen von Merkmalen mit extremen Genauigkeiten durch einspindlige Fertigung.

Bypass-Lösungen vermeiden Engpässe

Außer den Anwendungen in der Automobil- und Zulieferindustrie mit klassischen Werkstücken für die Motoren-, Fahrwerks- und Getriebefertigungen lassen sich mit dem vorgestellten Konzept auch die Anforderungen anderer Branchen hervorragend abdecken.

Mit diversen Bypass-Lösungen besteht die Möglichkeit, Kapazitätsengpässe optimal abzufangen. Auf Werkstückmodifikationen kann schnell reagiert werden. Das HPC Flex-V-Maschinenkonzept vereint die Prozesssicherheit einer Transferstraße mit der Flexibilität eines Bearbeitungszentrums und ist somit eine kosteneffiziente und ausgesprochen flexible Lösung für die Mittel- und Großserienfertigung. Durch die gewonnene Flexibilität hat der Anwender ein erheblich verringertes Investitionsrisiko.

Stefan Hakuba ist Gebietsvertriebsleiter der Wema Vogtland GmbH in 08525 Plauen, Tel. (0 37 41) 5 92-0, info@wema-vogtland.de

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