Verfahrenkombination Multitalentierte Werjkzeugmaschinen reduzieren die Fertigungszeiten

Wenn es darum geht, Werkstücke effizient, in kurzer Zeit und sehr genau zu fertigen, können multitalentierte Werkzeugmaschinen, die mehr als nur ein Fertigungsverfahren beherrschen, ihre Stärken ausspielen.

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Tagtägliche Aufgabe die Prozess- und Durchlaufzeiten – und damit die Kosten — zu senken. Das Mittel der Wahl, vor allem in der Großserienfertigung, heißt Verfahrensintegration, denn das Umsteigen von mehrstufiger auf integrierte einstufige Produktion ist produktiver und wirtschaftlicher. Die Vorteile im Vergleich zum herkömmlichen Ablauf sind offensichtlich: kürzere Fertigungszeit aufgrund minimierter Rüst-, Transport- und Liegezeiten, reduzierte Kosten wegen besserer Maschinenauslastung und geringerem Logistikaufwand sowie höhere Produktqualität, weil das sonst übliche Umspannen entfällt.

Komplexe Werkzeugmaschinen müssen beherrschbar sein

Freilich, das Integrieren von Fertigungsverfahren ist leichter gesagt als getan, weiß Thomas P. Bander, Geschäftsführer der Werkzeugmaschinenfabrik Glauchau. Gemeinsam mit Uni-Instituten entwickelt das Unternehmen eine Universalrundschleifmaschine, die auch Drehen, Bohren und Drehfräsen kann. „Dazu mussten wir erst einen neuen Antrieb entwickeln“, so der Firmenchef, „der die Anforderungen fürs Schleifen ebenso erfüllt wie die fürs Drehfräsen.“

Auch den Bedienkomfort und die Betriebssicherheit dürfe man nicht aus den Blick verlieren. Entsprechende Software mit einer ausgefeilten Dialogführung, Parametrisierung und Plausibilitätskontrollen ist unverzichtbar, wie Bander erwähnt: „Die hohe Flexibilität und Komplexität der Werkzeugmaschine aufgrund der Verfahrenskombination muss vom Bediener leicht beherrschbar sein und darf letztlich auch nicht zu Lasten der Produktivität gehen.“

Diese Argumentation machte sich auch das Entwicklerteam zu eigenen, das unter Federführung der Gladbacher A. Monforts GmbH & Co. KG im Rahmen des Projektes Kombimasch einem Dreh-Fräs-Zentrum das Lasern beibrachte. Der im vergangenen Jahr auf der EMO präsentierte Prototyp Unicen 504 vereint die Weich- und Hartzerspanung sowie das Laserhärten, -beschichten und -legieren von rotationssymmetrischen Teilen.

„Weil in der Regel das Bedienpersonal aber nur auf ein Fertigungsverfahren spezialisiert ist“, stellt Konstruktionsleiter Dr. Dominic Deutges fest, „muss die Programmerstellung für diese komplexe Maschine automatisiert werden.“ Für einen praxistauglichen Einsatz der Kombimaschine setzt das Entwicklungsteam deshalb auf eine durchgängige CAD/CAM-Kopplung mit einem Planungswerkzeug, das alle betroffenen Prozesse erfasst und das Bearbeitungsprogramm „aus einem Guss“ erstellt.

Kombinationsgenie von Schütte

Auch für den Kölner Werkzeugmaschinenhersteller Schütte war Verfahrenintegration das Mittel der Wahl, als es darum ging, beim Bearbeiten von komplexen Medizintechnik-Teilen wie Kniegelenken die Fertigungskosten zu senken und gleichzeitig die sehr hohen Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Schütte hat alle für das Bearbeiten erforderlichen Verfahren wie das Vor- und Fertigschleifen, das Fräsen mit Schaft- und Kugelfräsern sowie mehrstufiges Bandschleifen und Polieren in die Fünf-Achs-CNC-Schleifmaschine 305 integriert.

Das Werkstück muss innerhalb des gesamten Prozesses nicht umgespannt werden, das heißt nach dem Bestücken mit dem Rohling ist die nächste Handlingsaktion die Entnahme des Fertigteils. Diese integrierte Produktion senkt im Vergleich zum herkömmlichen Ablauf deutlich die Fertigungs- und Durchlaufzeiten.

Kurzen Prozess beim Bearbeiten von Komponenten aus Nickellegierungen für das „heiße Ende“ von Gasturbinen macht die von Makino und Rolls-Royce entwickelte Viper-Schleifmaschine I-Grinder G 5 auf Basis eines Bearbeitungszentrums. Ausgerüstet ist die Maschine mit Hochgeschwindigkeitsspindel, Aluminiumoxid-Schleifscheibe und programmierbaren Düsen zur Kühlmittelversorgung. Außer Schleifscheiben können auch andere Werkzeuge wie Fräser, Bohrer, Räum- und Drehwerkzeuge aus dem Magazin eingewechselt werden, um die Werkstücke in einer Aufspannung komplett zu bearbeiten. Rüst- und Nebenzeiten werden dadurch drastisch verringert.

Hydroumformen und Fügen kombiniert

Viel versprechend in dieser Hinsicht sind auch die Verfahrenskombinationen Hydroumformen/Clinchen und Hydroumformen/Stanznieten, die am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Dresden vorangetrieben werden. „Die Vorteile dieser Verfahren liegen in der Einsparung von Prozessschritten und den neuen konstruktiven Freiräumen, weil Verbindungen in komplexen Innenhochdruck-Umform-Baugruppen auch an unzugänglichen Stellen möglich werden“, erläutert Raik Grützner, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut.

Durch die kalte Fügetechnik seien die hohen Genauigkeiten des Innenhochdruck-Umforms aufrechtzuerhalten, was einen großen Vorteil gegenüber den bisher angewendeten Schweißverfahren darstelle. „Die Fügeoperation kann ohne Verlängerung der Prozesszeit beispielsweise während des Kalibrierens durchgeführt werden“, betont Grützner und ergänzt: „Durch die Integration des Hydrofügens in den Prozess des Hydroformens kann das für die Ausformung der Teile genutzte Fluid für die Fügeoperation weitergenutzt werden und dadurch lassen sich zusätzliche Prozessschritte eingesparen.“ Als weitere Vorteile nennt er die Vermeidung von Oberflächenschäden und unproblematisch zu realisierende Mischverbindungen.

Vor allem die Durchlaufzeiten können durch Verfahrensintegration zum Teil drastisch gesenkt werden, wie eine Multifunktionsmaschine des Salacher Werkzeugmaschinenherstellers Emag zeigt: Vier verschiedene Teile für ein Automobilgetriebe werden automatisch zugeführt, gefügt und gepresst, mehrmals lasergeschweißt, teilweise spanend bearbeitet, gebürstet, gemessen und ausgeschleusen. Laut Emag konnten dadurch die Durchlaufzeiten um den Faktor 15 reduziert werden.

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