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Komplett und groß (k)ein Widerspruch?

: STAMA


Energieeffizienz wird in der Fertigung derzeit sehr oft mit Verbrauch von Strom, Wasser und Druckluft gleichgesetzt. Der Verbrauch an Fläche wird insbesondere in Krisenzeiten nicht betrachtet. Flächeneffizienz und „Production per Squaremeter” bieten jedoch mindestens dieselben Potenziale bezüglich Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit.

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STAMA-Bearbeitungszentrum MC 526 – geringer Platzbedarf mit nur 12 qm.

STAMA-Bearbeitungszentrum MC 526 – geringer Platzbedarf mit nur 12 qm.

Komplettbearbeitung - kein anderer Begriff in der Fertigungstechnik ist so alt und gleichzeitig aktueller denn je. Seit den 80er Jahren definiert sich die Komplettbearbeitung immer wieder neu. Im Rückblick anfänglich nur eine Mehrseitenbearbeitung, dann eine Rundum- bzw. 6-Seiten-Bearbeitung und dank der Integration verschiedenster Fertigungstechnologien mittlerweile die komplette Bearbeitung vom Roh- zum Fertigteil auf einem Bearbeitungszentrum.

Die Komplettbearbeitung erfordert dabei mehr und mehr eine 5-Achs-Bearbeitung. Neben der Integration von verschiedensten Fertigungstechnologien müssen das Werkstück und das Werkzeug deshalb frei im Raum relativ zueinander beliebig positioniert und geschwenkt werden können. Diese Forderung führte dazu, dass die Komplettbearbeitung insbesondere für kleinere Werkstücke sowohl in der Klein- als auch Großserie umgesetzt wurde. Die Vorteile hinsichtlich der Werkstückqualität haben hier der Komplettbearbeitung gegenüber der klassischen tayloristischen Fertigung den Vorzug gegeben. Für größere Werkstücke hingegen sind auf den ersten Blick viele Restriktionen gegeben. Große Werkstücke beinhalten sehr oft viele Operationen, sodass für die Bearbeitung in einem Zentrum ein Werkzeugmagazin mit großer Kapazität vorhanden sein muss. Auch ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, dass einige wenige Werkzeuge ähnlich groß wie das Werkstück dimensioniert sein müssen. Soll man wegen dieser Einzeloperationen den gesamten Fertigungsprozess auf einer großen Maschine realisieren?

Vorteile bei größeren Werkstücken vielfältig

Die Entscheidung wurde hierzu in
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Zweispindlige und fünfachsige Radträgerfertigung mit Spindelabstand 600 mm.

Zweispindlige und fünfachsige Radträgerfertigung mit Spindelabstand 600 mm.

der Vergangenheit oftmals vorschnell getroffen und die Komplettbearbeitung nicht durchgängig und umfassend betrachtet. Denn die Vorteile sind insbesondere bei größeren Werkstücken vielfältig und gehen über die bekannten Vorzüge für kleinere Werkstücke hinaus. Große Werkstücke benötigen bei einem mehrstufigen Fertigungsprozess selbst bei einem geringen Puffer zwischen den einzelnen Fertigungseinrichtungen sehr große Lagerflächen. Beispielsweise fasst eine handelsübliche Gitterbox lediglich 24 Gehäusehälften für LKW-Turboladergehäuse. Bei Bearbeitungszeiten von wenigen Minuten nimmt selbst ein Puffer für unfertige Erzeugnisse, der eine Arbeitsschicht abdeckt, Ausmaße an, die die Produktion als Logistikunternehmen mit angegliederter Zerspanung erscheinen lassen. Dabei erhöht sich der Flächenbedarf jeweils stark mit jeder zusätzlichen Fertigungsstufe. Eine Flächeneffizienz ist in solchen Fällen nicht wirklich gegeben.

Je nach Gewicht des Werkstückes findet für jeden Be- und Entladevorgang in eine Maschine ein Ladehilfsmittel Verwendung. In der Großserie sind diese automatisiert und zur Sicherstellung eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses über automatische Transport- und Staustrecken miteinander verkettet. Der Anteil wertschöpfender Elemente der gesamten Investitionsmittel ist dabei sehr gering und hat über die Jahre stetig abgenommen. Gleichzeitig werden große Mengen an Kühlschmierstoffen von den Werkstücken über große Strecken verschleppt. Die immensen Kosten für Logistik und Automation lassen sich deutlich reduzieren, wenn die Komplettbearbeitung auch für große Werkstücke umgesetzt werden kann. Entscheidend für die Größe der dabei erforderlichen Maschine ist die Achsanordnung. Es zeigt sich, dass das Werkstück im optimalen Fall beide Schwenkbewegungen, d.
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Werkzeug-Sortiereinrichtung: Das STAMA-Tool-Management sorgt für eine konstant kurze Span-zu-Span-Zeit.

Werkzeug-Sortiereinrichtung: Das STAMA-Tool-Management sorgt für eine konstant...

h. die Rotation um zwei Achsen ausführen sollte. Führt das Werkzeug die drei Linearbewegungen X, Y und Z aus, so können die Schwenkbewegungen und daraus resultierende Ausgleichsbewegungen des Werkzeuges oder Werkstückes minimiert werden.

Auch thermische Gesichtspunkte müssen bei der Konstruktion des Bearbeitungszentrums Berücksichtigung finden. Nur dann wird die Komplettbearbeitung mit all ihren Vorteilen auch auf relativ kleinem Bauraum des Bearbeitungszentrums realisierbar. In Kombination mit der zweispindligen TWIN-Bearbeitung ergibt sich die optimale Flächeneffizienz, da sich die Komplettbearbeitung und die Zweispindelbearbeitung dabei gegenseitig ergänzen – Production per Squaremeter auf höchstem Niveau.

Werkzeugmagazin für große Werkzeugdimensionen

Für die Komplettbearbeitung können je nach Ausprägung des Werkstückes bis zu 50 Werkzeuge für eine Werkstückaufspannung erforderlich sein. Entsprechend groß sind die Werkzeugmagazine zu dimensionieren. Um trotzdem kurze Werkzeugwechselzeiten und damit kurze Span-zu-Span-Zeiten realisieren zu können, ist ein intelligentes Werkzeugmanagement in der Maschine notwendig. Die STAMA-Werkzeugmagazine sind sowohl für die ein- als auch zweispindlige Bearbeitung ausgelegt und bieten eine Kapazität von bis zu 120 Plätzen.

Hauptproblematik großer Werkzeugmagazine ist die kurzfristige Bereitstellung von Werkzeugen bei kurzen Werkzeugeingriffszeiten. Je nach konstruktiver Ausgestaltung des Magazins sind hohe Verfahrgeschwindigkeiten von Greifersystemen
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Komplettbearbeitung mit Drehen und Fräsen auf einem Zentrum – zweispindlige Dreh-Fräs-Bearbeitung von Turboladergehäusen.

Komplettbearbeitung mit Drehen und Fräsen auf einem Zentrum – zweispindlige...

oder schnelle Kettengeschwindigkeiten gefordert. Um die hohe dynamische Belastung für das Werkzeugmagazin auf ein Minimum zu reduzieren, sind die STAMA-Bearbeitungszentren mit dem STAMA-Tool-Management ausgerüstet. Mithilfe einer Magazinsortiereinrichtung wird dabei sichergestellt, dass die Werkzeuge exakt in der Reihenfolge im Magazin abgelegt sind, wie sie für die Bearbeitung zum Einsatz kommen. Dabei wird die Reihenfolge auch nach dem Einladen neuer Werkzeuge in das Magazin oder bei Umstellung auf ein Schwesterwerkzeug stetig aktualisiert. Somit sind konstant kurze Span-zu-Span-Zeiten auch für große Magazine bei gleichzeitig geringer dynamischer Belastung sichergestellt.

Fräsen und Drehen in jeder beliebigen Reihenfolge

Neben der 5-Achs-Komplettbearbeitung in einem Fräs-Bearbeitungszentrum bietet die Prozessintegration komplementärer Fertigungsverfahren ein weiteres großes Qualitäts- und Logistikpotenzial. So kann es z. B. notwendig sein, zuerst alle Schruppvorgänge für die Dreh- und die Fräsbearbeitung abzuschließen, bevor die Schlichtbearbeitung für eines der beiden Fertigungsverfahren begonnen werden kann. Mithilfe der Integration von Drehspindeln in ein Bearbeitungszentrum wird das 5-achsige Fräsen und Drehen ermöglicht – und das in jeder beliebigen Reihenfolge. Auch ein Entspannen des Werkstückes zwischen den einzelnen Operationen ist möglich, ohne dass das Werkstück dafür aus der Maschine entnommen werden muss. Dadurch, dass die Schwenk- und Drehbewegungen vom Werkstück ausgeführt werden, kann das Werkstück in eine Lage geschwenkt werden, bei welcher das Werkstück beim Öffnen des Spannmittels in diesem
verbleibt und nicht zusätzlich gehalten werden muss.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Komplettbearbeitung und große Werkstück nicht im Widerspruch zueinander stehen, sondern vielmehr ein großes Wirtschaftlichkeitspotenzial im Bereich interner Logistik bieten. Die Prozessintegration ermöglicht eine deutliche Steigerung der Werkstückqualität und eine einfache Optimierung der Abfolge der einzelnen Fertigungsschritte.
STAMA-Bearbeitungszentrum MC 526 – geringer Platzbedarf mit nur 12 qm.
Zweispindlige und fünfachsige Radträgerfertigung mit Spindelabstand 600 mm.
Werkzeug-Sortiereinrichtung: Das STAMA-Tool-Management sorgt für eine konstant kurze Span-zu-Span-Zeit.
Komplettbearbeitung mit Drehen und Fräsen auf einem Zentrum – zweispindlige Dreh-Fräs-Bearbeitung von Turboladergehäusen.
Beispielwerkstücke für eine zweispindlige 5-Achs-(Komplett-)Bearbeitung großvolumiger Werkstücke.


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