Komplettbearbeitung

Nachhaltigkeit ist derzeit ein Thema, das die Industrie besonders beschäftigt. Neben der Optimierung zahlreicher Organisationsprozesse ist die Komplettbearbeitung von Bauteilen eine der wesentlichen technologischen Lösungen, um die Produktion effizienter und damit nachhaltiger zu gestalten. Unter dem Motto „Zukunft der Nachhaltigkeit in der Produktion“ und auf dem gleichnamigen GemeinschaftsstandEMO HannoverDas Jahr 2023 widmet sich dem Thema Nachhaltigkeit als einer gesamtgesellschaftlichen Aufgabe.

Die meisten Präzisionswerkzeugspezialisten und Hersteller von Schleifmaschinen und Bearbeitungszentren sind mit der Prozessoptimierung bestens vertraut. Ziel ist es, für jeden einzelnen Kunden den produktivsten und wirtschaftlichsten – und zunehmend auch den nachhaltigsten – Prozess zu finden. Industrie- und Wissenschaftsexperten zeigen, welche Fertigungstechnologien zur Komplettfertigung auch hochkomplexer Bauteile zur Verfügung stehen und so die Fertigung noch nachhaltiger gestalten.

Komplettbearbeitung mit Präzisionswerkzeugen

„Mit mehr als 25.000 Standardwerkzeugen und über 150.000 kundenspezifischen Sonderlösungen ist die Tübinger Paul Horn GmbH breit im Markt aufgestellt und wird auf der EMO 2023 in Hannover zahlreiche Innovationen, Lösungen, Anwendungen und Prozesse zeigen“, kündigt Geschäftsführer Markus Horn an . „Damit ist Horn bestens aufgestellt, um die Kriterien der Komplettbearbeitung zu erfüllen, wie die folgenden Praxisbeispiele zeigen.“

Zur Herstellung eines „Zickenstabs“ auf einer automatischen Drehmaschine mit beweglichem Spindelstock wurden verschiedene Hornwerkzeuge verwendet. Im ersten Schritt wird der Außendurchmesser gedreht. Anschließend erfolgt das Fräsen der Schaufelkontur. Das Werkzeug nutzt einen Schleifvorgang über die gesamte Breite, um sowohl die obere Kontur als auch die untere Oberfläche der Klinge zu erzeugen. Mit einem 3-mm-Kugelfräser wird am Blatt eine Schulter zum Herausziehen der Zecke gefräst. Anschließend erfolgt das Fräsen der Klinge. Im nächsten Bearbeitungsschritt wird ein Außengewinde M7 x 0,5 erstellt, das das Einschrauben in eine Hülse ermöglicht. Nachdem das Gewinde erstellt wurde, wird die verbleibende Kontur kopiert. Anschließend fräst ein weiterer kreisförmiger Frästeller zwei gegenüberliegende Bereiche am Außendurchmesser. Diese Flächen dienen sowohl als Griffe als auch als Beschriftungsflächen. Der letzte Schritt ist das Gewindeschneiden des Teils. Alle Produktionsschritte werden auf nur einer Maschine durchgeführt.

„Ein weiteres Beispiel ist die Komplettbearbeitung einer Düse. Diese besteht aus Edelstahl 1.4301“, erklärt Markus Horn. „Für die Herstellung dieses Teils sind mehrere Bearbeitungsvorgänge mit verschiedenen Horn-Werkzeugsystemen erforderlich.“ Dabei kommt die Minimalmengenschmierung (MMS) zum Einsatz. Beim Längsdrehen der Düse erfolgt die Schmierung des Teils über die Kühlmittelbohrungen am Werkzeughalter, ebenso wie bei der Herstellung des Außengewindes. Das Innenbohren der Düse erfolgt mit einem Hornwerkzeug, das über eine Kühlmittelbohrung in der Platte selbst verfügt. Dadurch wird Schmiermittel durch die Platte zur Schneidkante und zum Schneidbereich geleitet. „Bei allen eingesetzten Werkzeugen handelt es sich um Standardwerkzeuge, die mit MMS nachhaltig geschmiert sind“, betont der Geschäftsführer. „Alle Lösungen sind auch für MMS ausgelegt und bedürfen daher keiner weiteren Anpassung.“

„Schlüsselfertiges Schleifen reicht nicht mehr“

Die Komplettbearbeitung komplexer Werkstücke in einer Aufspannung ist mittlerweile zum Standard geworden. Die Entwicklungen der letzten Jahre zeigen deutlich, dass die Anforderungen beim Schleifen stetig steigen. „Das gilt jedoch nicht nur für das Schleifen, sondern vor allem auch für die vor- und nachgelagerten Fertigungsprozesse“, sagt Heiko Zimmermann, Vertriebsleiter Europa bei der Adelbert Haas GmbH in Trossingen. „Software ist hier definitiv der Schlüssel zum Erfolg.“ Dass Software ein Schlüsselelement ist, das Herstellern komplexer Werkstücke den entscheidenden Schritt nach vorne verhelfen kann, haben die Präzisionsspezialisten von Adelbert Haas in den letzten Jahren eindrucksvoll bewiesen. Die Software ermöglicht einen digitalen Vorschliff und einen sichtbaren Bearbeitungsversatz, der alle Details, Unebenheiten und Übergänge sichtbar macht. Auch Restwelligkeiten in der Werkstückoberfläche werden angezeigt für feinste Justierungen und Korrekturen sowie Prozessoptimierung entkoppelt von der Maschine. „Das Ergebnis sind messbare Einsparungen an Rohlingen und Schleifmitteln sowie deutlich verkürzte Bearbeitungszeiten“, erklärt Zimmermann. „Das bedeutet, dass konkurrenzfähige Taktzeiten nicht mehr allein von Schleif-Know-how und physikalischen Probebearbeitungen abhängig sind, sondern vorab erarbeitet werden können, ohne dass Maschinenstunden und Ressourcen verschwendet werden müssen. Das und noch viel mehr zeigen wir auf der EMO Hannover 2023.“

Da es immer wichtiger wird, Materialien, Energie und Ressourcen effizienter zu nutzen, stellt die Fertigungssteuerung einen weiteren wichtigen Faktor dar. Der Fokus liegt darauf, den gesamten Herstellungsprozess abbilden und steuern zu können. Alle Prozesskomponenten – wie Handscanner, Automatisierungslösungen, Reinigungssysteme und Etikettiermaschinen etc. – können je nach Bedarf digital hinzugefügt und entfernt werden. Dies schafft maximale Transparenz in der Auftragsplanung – trotz der unterschiedlichen Prioritäten und Stationskonfigurationen, die für die einzelnen Aufträge erforderlich sind. Bestellungen können während der Produktion geändert werden. Das spart wertvolle Zeit und hilft, Ausfallzeiten zu reduzieren. Das Rüsten kann während des laufenden Auftrags durchgeführt werden und verringert so die Ausfallzeiten.

In Prozessen denken – Closed-Loop-Automatisierung

„Die Index-Werke GmbH & Co. KG, Hahn & Tessky aus Esslingen ist bekannt für ihre leistungsstarken Dreh- und Fräsmaschinen“, erklärt Global Marketing Manager Rainer Gondek, „aber zunehmend auch für ihre Automatisierungslösungen.“ Diese dienen im Wesentlichen der Be- und Entladung der Maschinen, ermöglichen aber auch eine automatisierte Prozesssteuerung – basierend auf geschlossenen Kreisläufen. Für Index umfasst dies die Bereiche Produktion, Handhabung, Messung/Prüfung und Kompensation. Beispiel: Der Benutzer fertigt eine Reihe von Bauteilen auf einer automatischen Index-Produktionsdrehmaschine. Die angeschlossene Index-Roboterzelle übernimmt das Teilehandling. Ein Roboter legt den Rohling von der Palette in die Maschine ein, entnimmt ihn nach der Bearbeitung, übergibt ihn an das in der Roboterzelle installierte Prüf-/Messsystem und legt das vermessene Teil anschließend wieder auf die Palette zurück.

„Das Inspektionsgerät erfasst die relevanten Maße des Bauteils, die in Echtzeit von der intelligenten Prozesssteuerung (IPC) ausgelesen werden. Diese kommuniziert über unsere Closed-Loop-Schnittstelle mit der Maschinensteuerung. Die Schnittstelle ermöglicht den Abgleich der übermittelten Messmerkmale.“ auf die entsprechenden Tools und die entsprechenden Korrekturen", erklärt Gondek. Die Messstrategie-Software ist einfach zu bedienen: Anwender können für jedes Bauteil die erforderlichen Messverfahren (bis hin zur 100-Prozent-Messung) festlegen sowie Toleranzbereiche und Korrekturkennwerte definieren. Auf dieser Grundlage werden die Werkzeugkorrekturen aktualisiert, was eine kontinuierliche automatisierte Prozesssteuerung ermöglicht, ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist. Dadurch können typische Ursachen für Prozessinstabilitäten wie Werkzeugverschleiß und thermische Einflüsse ausgeglichen werden. Zudem haben Nutzer jederzeit ein klares Bild über die aktuellen Trends. „Wir freuen uns auf die EMO Hannover, wo wir allen Interessenten unsere innovativen Lösungen ausführlich vorstellen können“, kündigt Rainer Gondek an.

Hochdynamisches Drehen und Laserbearbeitung

Entwicklungen wie neue Werkzeug- und Bearbeitungskonzepte sowie neue Prozesskombinationen werden oft als Grundlage für die effiziente Fertigung komplexer Bauteile angesehen. Neuartige Werkzeuge und Strategien für das Drehen, die derzeit am Institut für Zerspanungstechnik (ISF) der Technischen Universität Dortmund erforscht werden, zielen darauf ab, hochdynamische Drehprozesse zu schaffen, die auf Bearbeitungszentren zur Komplettbearbeitung eingesetzt werden können. Neben der erhöhten Steifigkeit durch die verbesserte Krafteinleitung ersetzt das Werkzeug selbst mehrere Standardwerkzeuge durch die optimale Ausnutzung der Y-, Z- und C-Achsen des Dreh-Fräszentrums. Durch die Flexibilität des Prozesses können komplexe Merkmale viel produktiver und effizienter ohne Werkzeugwechsel erstellt werden, während der Werkzeugverschleiß gleichmäßiger entlang der Schneidkanten verteilt wird, was zu einer längeren Werkzeugauslastung führt.

Laserverfahren bieten neben der spanenden Bearbeitung auch immer universellere Möglichkeiten der Materialbearbeitung, wobei insbesondere die Kombination aus Bearbeiten und Lasern weitere Vorteile bietet. Das Lasern von Pilotlöchern in Kombination mit einem Tiefbohrprozess in einer einzigen Maschine erhöht beispielsweise die Flexibilität deutlich. Mit dem Laserbohren können Pilotlöcher an eckigen, gebogenen oder oberflächengehärteten Bauteilen ohne Werkzeugablenkung oder Werkzeugverschleiß gebohrt werden. Mit dem Einschneidebohrer, der in die entstandene Pilotbohrung eingesetzt wird, lassen sich dann qualitativ hochwertige Tiefbohrungen zuverlässig erstellen. „Neue Möglichkeiten in der Komplettbearbeitung sind abhängig von der Weiterentwicklung von Maschinen, Werkzeugen und Prozessen. Deshalb bietet die EMO Hannover als Weltleitmesse für Produktionstechnik eine ideale Plattform, um sich einen umfassenden Überblick zu verschaffen und so die richtigen Lösungen zu finden.“ konkrete Anwendungen", fasst ISF-Institutsleiter Prof. Dirk Biermann zusammen.

Technologie für mehr Nachhaltigkeit nutzen

Als Weltleitmesse für Produktionstechnik erhebt die internationale Veranstaltung vom 18. bis 23. September 2023 den Anspruch, sowohl gesellschaftlich als auch technologisch über den Tellerrand zu schauen. Die EMO Hannover konzentriert sich insbesondere auf den Megatrend Nachhaltigkeit – ein Thema, das weltweit von besonderer Bedeutung ist. In Hannover werden den Teilnehmern praxisnah verschiedene technisch optimierte Verarbeitungsmöglichkeiten vorgestellt, die die Produktion nachhaltiger machen sollen.

Werkzeugmaschine plus Roboter und Messzelle

Das Index-Video zeigt anschaulich den Produktionsprozess als geschlossenen Kreislauf:www.youtube.com/watch?v=9Q4V9ZMkcIw

Hochdynamisches Drehen und Laserpilotieren

Zwei Videos der Technischen Universität Dortmund stellen folgende neuartige Fertigungsverfahren vor: Drehen:https://tu-dortmund.sciebo.de/s/eV4ieFPVun8vAkI

Lasergebohrte Pilotlöcher:https://tu-dortmund.sciebo.de/s/u4dfhHxd8d84MIT

VDMA-Technologieforum vom 19. bis 21. September 2023 auf der EMO

Das VDMA-Technologieforum findet an den drei mittleren Tagen der EMO Hannover auf dem VDMA-Stand (Halle 4, D57) statt. Es umfasst 30 Kurzvorträge zu den Themen Wirtschaft, Nachhaltigkeit und Konnektivität in den Bereichen Schneidwerkzeuge, Spanntechnik, Mess- und Prüftechnik, OPC UA, Digitalisierung und Längenmesstechnik. Auch verschiedene Forschungspartner werden teilnehmen und ihre neuesten Projekte vorstellen. Für weitere Informationen besuchen Sie:www.vdma.org/pwz.

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