Bystronic erhält einen „Mega“-Produktivitätsschub

Eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Sicherstellung der Produktivität und Lieferbereitschaft im Werkzeugmaschinenbau ist ein sauber strukturierter Produktionsprozess mit genau getakteten Produktionsabläufen und zuverlässig funktionierenden Fertigungssystemen. Dies kann nur erreicht werden, wenn Kunde und Lieferant gemeinsam und zielorientiert an Produktionskettenprojekten vorgehen. Dies war bei einem ähnlichen Projekt bei der Bystronic Laser AG in Niederönz, Schweiz, der Fall. Das Unternehmen wollte eine Produktionslinie zur Bearbeitung der Rahmen von Laserschneidmaschinen schaffen.

Die Bystronic Laser AG ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Blechbearbeitung, spezialisiert auf Laserschneidanlagen. Gemeinsam mit der EMCO GmbH aus Hallein/Salzburg wurde die Maschinengestellbearbeitung komplett neu konzipiert, sodass diese auf der Hochportalfräsmaschine Megamill von EMCO Mecof durchgeführt werden konnte.

Eine neue Partnerschaft „Die Mengen an Maschinengestellen waren so stark gestiegen, dass unsere bestehende Produktionskapazität nicht mehr mithalten konnte. Daher waren wir auf der Suche nach einer neuen Maschine mit ausreichender Ausbringungskapazität, die unseren hohen Qualitätsansprüchen gerecht wird und flexibel ist“, sagt Raphael Kopp, Produktionsleiter der Bystronic Laser AG.

Kopp hatte eine klare Vorstellung davon, was er von der neuen Maschine wollte: eine hohe Stückzahl pro Monat, perfekte Genauigkeit beim Planfräsen der Führungsflächen der Maschinengestelle (Ebenheit von 0,05 mm auf einer Führungsbahnlänge von 3-4 m). und Flexibilität, um verschiedene Arten von Komponenten herstellen zu können. Vor allem auch der Maschinentisch müsste groß genug sein, da die Anlagenbaugruppen für die Laserschneidmaschinen viel Platz benötigen.

Nach dem Besuch mehrerer Hersteller und der Auswertung der Bearbeitungstestergebnisse wurde innerhalb von weniger als vier Monaten klar, dass die neue Maschine eine Megamill von Emco Mecof sein sollte. In enger Abstimmung wurden gleichzeitig die wesentlichen Anforderungen und Bedingungen für den Kauf der Maschine spezifiziert, überprüft und die Machbarkeit nachgewiesen.

Kopp beschreibt, wie es zur Kaufentscheidung kam. „Ausschlaggebend war sicherlich der Shuttle-Betrieb. Das heißt, wir können nun zwei Werkstücke auf dem Maschinentisch aufspannen, eines wird bearbeitet und das zweite parallel eingelegt, ausgerichtet und gespannt. Wenn das erste Teil fertig ist, bewegen wir den Fräskopf in die zweite Tischhälfte und beginnen mit der neuen Arbeit. Die Maschine hackt sozusagen immer weiter. Das bringt uns enorme Einsparungen bei der Produktionszeit pro Rahmen.“

Just-in-time-Produktion Der Produktionsdurchsatz muss bei Bystronic hohen Anforderungen genügen. Die Produktionszeit einer Laserschneidmaschine vom automatisierten Schweißen des Maschinenrahmens über die Fertigung, Lackierung, Montage, Qualitätsprüfung und Inbetriebnahme bis zur Versandbereitschaft beträgt 15 Werktage.

Allein die Fertigung eines Maschinengestells bis hin zum lackierten Bauteil muss in fünf Arbeitstagen abgeschlossen sein.

Bei der Megamill wird im Dreischichtbetrieb gearbeitet, davon eine mannlose Schicht. Die in fünf verschiedenen Größen erhältlichen und rund 5 t schweren Maschinengestelle werden in einer einzigen Aufspannung in 12 bis 16 Stunden fertiggestellt.

Die Komplettbearbeitung erfolgt in drei Schritten: • Schruppen: Fertigungszeit ca. 5 Stunden; Komponentenspannungsentlastung. • Vorbearbeitung: Fräsen aller Merkmale, Löcher, Gewinde usw. • Endbearbeitung: Hochpräzise Bearbeitung von Führungsflächen (Ebenheit von 0,05 mm / 4 m) und Referenzmaßen.

Die Produktion muss prozesssicher sein, denn bei diesem umfangreichen Produktionsspektrum können Störungen und Fehler, Maschinenstillstände von mehr als einem Tag zu erheblichen Kosten führen und Maschinengestelle werden nach Fertigstellung nicht mehr auf Lager gehalten.

Potenzial für seine KundenDie Megamill ist ein Hochportal-Fräszentrum mit Überkopfportal, ideal für die Bearbeitung großer Werkstücke für Anwendungen wie Werkzeugmaschinen- und Formenbau, allgemeiner Maschinenbau sowie Luft- und Raumfahrt.

Die Systemmodule der Maschine können kundenspezifisch konfiguriert werden. Bei Bystronic ist es in einer Konfiguration mit einer Tischlänge (X-Achse) von 15.000 mm und einer Querachse (Gantry-Y-Achse) von 5.000 mm erhältlich. Der Z-Schlitten (RAM) hat einen Verfahrweg von 1.750 mm. Bystronic entschied sich für einen Universalfräskopf aus dem sehr breiten Angebot an Fräsköpfen von Emco Mecof. Nicht zuletzt, weil der 2-Achs-Kopf mit einem Drehmoment von bis zu 1.000 Nm und 8.000 U/min die Produktionsanforderungen beim Schruppen und Schlichten perfekt erfüllt und dank seiner kompakten Bauweise auch schwer zugängliche Rahmenkonturen problemlos erreichen kann.

Die dynamische Positionierung führt zu einer Zeitersparnis im 16-Stunden-Bearbeitungszyklus.

„Die Geschwindigkeit der Eilgänge der Achsen und die Dynamik des Fräskopfes führen zu messbaren Einsparungen an Bearbeitungszeit, insbesondere wenn wir mehr als 50 Löcher in das Bauteil bohren müssen“, sagt Kopp.

Darüber hinaus sorgen Zahnstangenantriebe in der X- und Y-Achse, ausgestattet mit jeweils zwei Motoren im Master-Slave-Betrieb, für Dynamik im Prozess. Und die Pendelbearbeitung auf dem Tisch ist ein großer Vorteil. Die Arbeitsbereiche sind so gestaltet, dass Sicherheitsrisiken vermieden werden und sichergestellt wird, dass herabfallende Späne und der Zugang des Maschinisten sicher voneinander getrennt sind. Das Einrichten erfolgt auf einer Seite der Maschine, während auf der anderen Seite der Fräskopf arbeitet. In dieser Anwendung ist die Megamill mit zwei Bedienfeldern ausgestattet, so dass der Maschinist auf beiden Seiten des Tisches eingreifen kann.

Eine weitere Stärke der Maschine ist die Box-in-Box-Bauweise der beweglichen Traverse. Box-in-Box bedeutet, dass die vertikale Achse des RAM mit seinen vierfachen Linearführungen an der Ober- und Unterseite der Traverse festgeklemmt ist. Diese stabile, FEM-berechnete Baugruppe garantiert die Einhaltung der strengen Werkstückqualitätsvorgaben, die für die Endbearbeitung der Führungsbahnen an den Maschinengestellen erforderlich sind.

Die Maschine ist komplett eingehaust und mit einem Absaugsystem ausgestattet.

Die Inbetriebnahme stößt auf einige HürdenDie Planung des im Jahr 2017 begonnenen Projekts, die Konfiguration der Maschine und deren Bau im Emco Mecof-Werk in Belforte Monferrato verliefen reibungslos.

Im Herbst 2018 kam dann der Moment der Auslieferung an den Standort des Kunden in Niederönz. Verladen auf 13 LKWs war die Maschine auf dem Weg zur Installation und Inbetriebnahme. Dann begannen die Probleme, denn Bystronic plante zwar eine neue Produktionshalle, diese war jedoch noch nicht fertiggestellt und die Maschine musste irgendwo platziert werden.

Aufgrund der Zugangsschwierigkeiten wurde ein Teil des Hallendaches abgetragen und der ca. 30 t schwere Querträger durch die Dachöffnung auf die Längsträger aufgesetzt. Es war eine Arbeit, die höchste Präzision erforderte.

Ein Teil der Maschine und das Werkzeugmagazin mit dem Werkzeugwechsler mussten im Freien bleiben. Um eine Inbetriebnahme zu ermöglichen, wurde um die außen stehenden Maschinenteile eine separate Einhausung errichtet. Erschwerend kam hinzu, dass gleichzeitig die Produktionsmengen erhöht werden mussten, sodass der Hochlauf praktisch unter Notbedingungen erfolgte. Solche unwägbaren Situationen passieren auf einmal.

Effizienter 2-Achsen-Universalfräskopf Die Bearbeitungsköpfe werden bei Emco Mecof im eigenen Haus gefertigt, ein wichtiger Faktor für die Bestimmung der Bearbeitungsgenauigkeit. Emco Mecof legt außerdem großen Wert auf die Genauigkeit der Verfahrbewegung der Achsen, um beispielsweise ein nahezu spielfreies Spiel zu erreichen.

Das Erreichen der größtmöglichen Genauigkeit ist eines der Hauptziele der Emco Mecof-Maschinen. Neben der breiten Palette an Standardköpfen entwickelt Emco Mecof häufig innovative, kundenspezifische Lösungen, insbesondere für seine Großportalmaschinenserien.

Die Bearbeitungsköpfe der Megamill-Serie mit integrierter Dreh- und Schwenkachse verfügen über eine stufenlose, motorische Verstellung und Steuerung und sind mit Getriebe- oder Hochgeschwindigkeits-Motorspindel erhältlich. Dank der intelligenten Anordnung des Kopfdesigns kann er so positioniert werden, dass er in horizontaler Position (0°) parallel zur Tischoberfläche einen Unterschnitt von 15° ausführt. Dies ist nützlich, da dadurch Kompensationspfade in den Achsen überflüssig werden und die Programmerstellung und Nachbearbeitung vereinfacht wird.

Die Bearbeitungsköpfe werden durch das zentrale Kühlsystem gekühlt, das auch die Spindel- und Torquemotoren speist. Für Bystronic bedeutete diese Kopfkinematik das Betreten von Neuland. Die Kinematik der Vorgängermaschinen ermöglichte die Programmierung der Arbeitsprogramme am Bedienfeld. Bei der Megamill mit ihrem 2-Achsen-Kopf war dies nicht mehr effizient.

Um optimale Ablaufprogramme zu erstellen, musste ein CAM-Tool angeschafft werden. Die Umsetzung wurde dann von Emco Mecof tatkräftig unterstützt. Koordinatentransformation und Fräskopf-Rückzugssequenzen – zu all diesen Themen konnte Emco Mecof seine langjährige Expertise an den Kunden weitergeben.

Unbemannte Bearbeitung Das Justieren und anschließende Spannen des Maschinengestells auf dem Maschinentisch erfolgte bisher von Hand. Das Teil wird auf Auflageflächen gelegt, die auf dem Tisch aufgedruckt sind.

Dieser Vorgang war zeitaufwändig, was Bystronic bald dazu veranlasste, über eine andere Spannmethode nachzudenken. Basierend auf den gesammelten Erfahrungen mit der Magnetspanntechnik, die auch im Werk zum Einsatz kommt, wurde diese Technik dann auch zum Spannen der Maschinengestelle auf der Megamill eingesetzt. Die Enden des Teils sind vornivelliert, sodass es schräg auf den Tisch gelegt wird.

Anschließend fährt der durch Keile in den Spannsegmenten justierte Magnetspanner alle Auflagepunkte an und spannt das Teil. Dadurch entfällt das aufwändige manuelle Ausrichten und Spannen jedes einzelnen Stützpunktes.

Besonders effizient und zeitsparend ist diese Methode, wenn zur Eliminierung innerer Spannungen im Bauteil die Klammer nach dem Vorschruppen der Kontur eine Zeit lang gelüftet wird. Dies kann nun durch die Steuerung der Maschine erfolgen. Manuelle Eingriffe sind nicht mehr erforderlich. Stattdessen ist in der Steuerung ein von Emco Mecof geschriebenes Ablaufprogramm hinterlegt. Dieser kann dann direkt über den M-Befehl aufgerufen werden, um den Entspannvorgang einzuleiten.

Der Bediener muss nun nicht mehr alle Spannstellen durchlaufen, die Spanner lösen und sie dann wieder mit 200 Nm festziehen, und das für jedes Teil zweimal. Dies bedeutet, dass in der unbemannten Schicht eine hohe Genauigkeit des Ablaufs gewährleistet ist.

Auch für eventuelle Störungen aufgrund von Bohrerbrüchen in diesem Zeitraum wurde eine praktische Lösung gefunden. Die Maschine beendet den aktuellen Bearbeitungsvorgang, fährt im Shuttle-Modus zum nächsten vorbereiteten Teil und startet einen neuen Zyklus. Die Nachbearbeitung der unterbrochenen Sequenz erfolgt dann manuell, denn für Bystronic ist es von entscheidender Bedeutung, dass jedes Werkstück korrekt bearbeitet herauskommt.

„Die sehr gute Kunden-Lieferanten-Beziehung, die wir im Rahmen des Projekts aufgebaut haben, war ein echter Vorteil bei der Umsetzung unserer neuen Idee, auf Magnetspanntechnik umzusteigen.“ Wir haben professionell und partnerschaftlich zusammengearbeitet.“ Kopp ist mit dem aktuellen Produktionsprozess äußerst zufrieden. Seit Februar fertigt Bystronic Teile mit Magnetspannung. Sie hatten keine Probleme und konnten erhebliche Einsparungen bei der Einrichtungszeit erzielen.

Die Zukunft ist da

Der Geschäftsführer Fabian Furrer ist ein Befürworter der Zukunftsstrategien von Bystronic und sagt: „Unser Ziel ist es, bis 2025 klimaneutral zu sein und vollständig auf fossile Brennstoffe zu verzichten.“ Dies erreichen wir, indem wir Öl- und Gasheizungen abschalten und mit Wärmepumpen arbeiten, deren Strombedarf durch PV-Anlagen gedeckt wird. Wir beziehen bereits Strom aus Wasserkraft.“

Beim Nachdenken über Möglichkeiten zur Einsparung des Energieverbrauchs. er übernimmt die gleiche ökologische Verantwortung wie jeder Einzelne für eine lebenswerte Umwelt.

„Wir müssen unsere Produkte auch hinsichtlich ihrer Energieeffizienz optimieren. Zum Beispiel die Laserschneidanlagen, damit auch unsere Kunden sparen können.“

Im Jahr 2018 hat Bystronic mit dem Solution Center eine neue Unternehmensaktivität ins Leben gerufen, in der Lösungen für die digitale Vernetzung des gesamten Produktionssystems im Werk eines Kunden entwickelt werden. Das Ziel aller hier entwickelten Innovationen ist die Smart Factory.

„Kunden fordern zunehmend eine vollständig vernetzte Produktion, und das müssen wir bieten können“, sagte Furrer.

Die richtige MaschineNach vier Jahren Erfahrung in der Herstellung von Maschinengestellen auf der Megamill sind sich Geschäfts- und Produktionsleitung einig:

„Jetzt, nach vier Jahren, können wir ohne Zweifel sagen, dass die Megamill genau die richtige Maschine für unsere Produktion ist“, sagte Furrer.

Er betont insbesondere, dass die spezifizierten Anforderungen an die Maschine vollumfänglich erfüllt wurden und man mit der Maschine auch in Zukunft neue Ideen umsetzen kann. Zu diesem Thema hat er bereits einige konkrete Ideen.

„Wir haben die Durchlaufzeiten optimiert, erreichen jetzt eine hohe Produktivität und arbeiten derzeit zu 30-40 % mannlos. Aber wir wollen in dieser Richtung weitermachen und die unbemannte Produktion ausbauen. Mit dieser Maschine dürfte das kein Problem sein.“

Reaktion in dynamischen Bewegungssystemen, bei denen potenzielle Energie, die während der Bewegung des Objekts erzeugt wurde, freigesetzt wird, wenn das Objekt stoppt. Die Freisetzung dieser potenziellen Energie oder Trägheit führt dazu, dass das Gerät relativ zur letzten Bewegungsrichtung schnell nach hinten schnappt. Spiel kann dazu führen, dass die endgültige Ruheposition eines Systems von der beabsichtigten Position und der Position abweicht, in der das Steuersystem das Gerät stoppen wollte.

Einsatz von Computern zur Steuerung von Bearbeitungs- und Herstellungsprozessen.

Bearbeitung mit mehreren auf einer Welle montierten Fräsern, im Allgemeinen zum gleichzeitigen Schneiden.

Philosophie, die auf der Identifizierung und anschließenden Beseitigung von Produktivitätshindernissen basiert. Gilt für Bearbeitungsprozesse, Bestandskontrolle, Ausschuss, Umrüstzeiten und andere Elemente, die sich auf die Produktion auswirken.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Metall oder anderes Material durch Krafteinwirkung auf einen rotierenden Fräser entfernt wird. Beim Vertikalfräsen wird das Schneidwerkzeug vertikal auf der Spindel montiert. Beim Horizontalfräsen wird das Schneidwerkzeug horizontal montiert, entweder direkt auf der Spindel oder auf einem Dorn. Das Horizontalfräsen wird weiter in das konventionelle Fräsen unterteilt, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung oder „nach oben“ in das Werkstück hinein dreht. und Gleichlauffräsen, bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung oder „nach unten“ in das Werkstück dreht. Zu den Fräsvorgängen gehören Plan- oder Flächenfräsen, Schaftfräsen, Planfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen und Profilfräsen.

Betreibt Schaftfräser und auf einem Dorn montierte Fräser. Zu den Merkmalen gehören ein Kopf mit einer Spindel, die die Fräser antreibt; eine Säule, ein Knie und ein Tisch, die für Bewegung in den drei kartesischen Achsen sorgen; und eine Basis, die die Komponenten trägt und die Schneidflüssigkeitspumpe und den Behälter beherbergt. Das Werkstück wird auf dem Tisch montiert und dem rotierenden Fräser oder Schaftfräser zugeführt, um die Frässchritte durchzuführen. Bei Vertikalfräsmaschinen werden Schaftfräser auch über eine auf einer Spindel montierte Pinole in das Werkstück eingezogen. Die Modelle reichen von kleinen manuellen Maschinen bis hin zu großen Bett- und Duplexmühlen. Alle haben eine von drei Grundformen: vertikal, horizontal oder umwandelbar horizontal/vertikal. Vertikale Maschinen können vom Knietyp sein (der Tisch ist auf einem Knie montiert, das angehoben werden kann) oder vom Betttyp (der Tisch ist sicher gestützt und bewegt sich nur horizontal). Im Allgemeinen sind horizontale Maschinen größer und leistungsstärker, während vertikale Maschinen leichter, aber vielseitiger und einfacher einzurichten und zu bedienen sind.

Streifen oder Block aus präzisionsgeschliffenem Material, der dazu dient, ein Werkstück anzuheben und es gleichzeitig parallel zum Arbeitstisch zu halten, um einen Kontakt zwischen Fräser und Tisch zu verhindern.

Bewegung auf einer CNC-Fräse oder Drehmaschine, die von Punkt zu Punkt mit voller Geschwindigkeit erfolgt, jedoch normalerweise ohne lineare Interpolation.

Hinter den Schneidkanten ist Platz vorhanden, um ein Scheuern zu verhindern. Manchmal auch primäre Entlastung genannt. Die sekundäre Entlastung bietet zusätzlichen Platz hinter der primären Entlastung. Die Aussparung an den Endzähnen ist eine axiale Aussparung; Die Entlastung der Seitenzähne ist eine periphere Entlastung.

Bei Anwendungen mit numerischer Steuerung entsteht nach einer Richtungsänderung durch einen Befehl ein Schnitt, der kürzer als der programmierte Schnitt ist. Auch ein Zustand bei erzeugten Zahnradzähnen, wenn ein Teil der Verrundungskurve innerhalb einer Linie liegt, die an ihrem Verbindungspunkt mit der Verrundung tangential zum Arbeitsprofil gezeichnet wird. Hinterschnitte können gezielt eingeführt werden, um Endbearbeitungsvorgänge zu erleichtern, beispielsweise beim Vorrasieren.