Zur Sicherung der Produktion in Hochlohnlandstandorten dürfen Unternehmen mit höheren Lohnstückkosten nicht nur passiv auf den zunehmenden Druck reagieren, vielmehr ist hier eine aktive gestalterische Rolle von Nöten. Durch kontinuierliche Produktivitätssteigerung sind inzwischen absolut effiziente Fertigungsprozesse entstanden. Die Optimierung der spezifischen Prozessschritte hat einen Höhepunkt erreicht. Möglich war dies durch eine rasante Entwicklung in den letzten Jahren bezogen auf die Werkzeuge aber auch auf die Maschinentechnologie und -dynamik. Inzwischen können höchste Schnittgeschwindigkeiten bei hohen Technologiewerten zuverlässig von Werkzeugen und Maschinen abgebildet werden. Trotz alledem besteht weiterhin erheblicher Druck, die Prozesse effektiver zu gestalten. Dabei stellt sich die Frage, welche Stellhebel bedient werden können, um die Gesamtprozesse effizienter zu gestalten. Wenn das Werkzeug beispielsweise nur 2–5 Sekunden im Span ist, bringt eine weitere Erhöhung der Technologiewerte aus Sicht des Gesamtprozesses relativ wenig Verbesserung. [1]
Dabei wird das in Unternehmen und Forschungseinrichtungen vorhandene, detaillierte Wissen über einzelne Fertigungstechnologien teilweise nicht ausreichend für eine systematische und übergreifende Entwicklung von Produktionsmethoden genutzt.
Produktionsprozesse werden oft lediglich auf der Ebene eines spezifischen und einzelnen Fertigungsschrittes betrachtet. Das Potenzial durch gezielte Integration von übergreifendem Prozessverständnis aus unterschiedlichen Bereichen der Fertigungstechnologien wird oftmals nicht genutzt. Vielmehr ist nun zur weiteren Reduzierung der Kosten und Aufwände ein ganzheitlicher Blick auf den Gesamtprozess essenziell. Damit muss der Produktionsprozess neu gedacht und hinterfragt werden. Effizienzsteigernde Ansätze liefern beispielsweise die Adaption, die Substitution oder die Integration von Verfahrensschritten im Verlauf des Fertigungsprozesses.
Diese sogenannte „Hybridisierung“ im Kontext eines Produktionssystems umfasst in der Regel:
- Kombination und Integration von herkömmlich getrennten Prozessschritten, um Bauteile aus unterschiedlichen Materialien herzustellen (z. B. Gießen von Kunststoff-Metall-Bauteilen)
- Kombination und Integration unterschiedlicher physikalischer Wirkmechanismen (z. B. laserunterstützte Zerspanung)
- Kombination und Integration unterschiedlicher Operationsklassen in einer integrierten Maschine (z. B. Zerspanung, Messen, Auftragsschweißen in einer Maschine mit integrierter CAM-NC-Mess-Kette). Die integrierte Kombination von klassischerweise getrennten Prozessschritten.
Genau diese Maßnahmen führen zu einer signifikanten Verkürzung von Prozesszeiten und damit zu einer Verkürzung technologischer Prozessketten. Interessanterweise können zusätzlich durch diese Maßnahmen innovative Bauteile mit völlig neuartigen Ausprägungen geschaffen werden. Die wesentlichen Vorteile der hybriden Prozesse bestehen beispielsweise aus einer Kombination von Fertigungsschritten durch eine parallele Anordnung üblicherweise nacheinander ablaufender Prozessschritte. Bezogen auf die Maschine werden nun in die Maschine unterschiedliche Fertigungsverfahren integriert, welche konventionell in andersartigen Maschinen oder an unterschiedlichen Orten durchgeführt werden. Als Beispiel kann hier EDM unterstütztes Schleifen genannt werden.
Eine Herausforderung in den Unternehmen bedeutet allerdings oftmals das fehlende Erfahrungswissen der „anderen“ Technologie. Dies kann zu einer ablehnenden Haltung gegenüber hybriden Prozessen führen, da bevorzugt Lösungen angewandt werden, die aufgrund individueller Erfahrungen umgesetzt werden. [1]
Hybride Langdrehmaschine
mit integriertem Faserlaser
Genau diesem Dilemma hat sich die Firma Maier Machines als Nischenanbieter von Drehautomaten gemeinsam mit der Firma Fanuc gestellt. Vor dem Hintergrund des globalen Drucks zur Steigerung der Effizienz von Fertigungsprozessen und der Kundenakzeptanz für Hybridmaschinen ist eine neue und innovative Lösung entstanden. Dabei wurde ein Langdrehautomat für anspruchsvolle Fertigungslösungen mit einem Faserlaser von Fanuc kombiniert. Diese Kombination ermöglicht nun einen wesentlichen Zeitvorteil gegenüber den bisherigen konventionellen Fertigungsprozessen.
Wichtigstes Merkmal von Seiten beider Firmen ist die Verwendung von bewährten und robusten Standardmodulen. Damit ist die MK 36 L von Maier Werkzeugmaschinen die erste zerspanende Werkzeugmaschine überhaupt, die mit einem Faserlaser von Fanuc kombiniert wurde. Aus Sicht von Fanuc war es wichtig, für dieses Projekt einen Maschinenhersteller zu gewinnen, welcher aufgrund seines technologischen Know-hows in der Lage war, ein derartiges Projekt überhaupt umzusetzen. Zum Einsatz kommt dabei der Fanuc Faserlaser FF 3000i-A.
Der wesentliche Aspekt der Integration des Lasers zu einer Hybridmaschine führt nun die Vorteile sowohl der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide als auch den Materialabtrag in Form eines energiereichen Strahles zusammen. Bezieht man das zunächst auf die Maschine, kann aufgrund der nun möglichen kraftfreien Bearbeitung mit Hilfe des Laserstrahls eine kompakte Maschine realisiert werden, welche trotzdem in der Lage ist, hochfeste Werkstoffe zu bearbeiten. Aus Prozesssicht ist das zusätzliche Werkzeug „Laserstrahl“ keinem mechanischen Verschleiß unterlegen. Darüber hinaus können mit dem Laser vielfältige geometrische Konturen erzeugt werden, ohne den beim Drehen üblichen Werkzeugwechsel. Gerade bei filigranen Schlitzen kann der Laser seine Vorteile ausspielen. Hier ist die Laserbearbeitung teilweise bis zu 50-mal schneller als konventionelle Drehwerkzeuge.
Bedienerakzeptanz durch komfortable
und gewohnte Steuerung
Ein wichtiges Augenmerk wurde von Anfang an auf die Akzeptanz des Anwenders gelegt. In diesem Fall wird der Maschinenbediener eher aus der Zerspanungsecke kommen. Den kombinierten Abläufen in der Maschine sehr entgegen kommt das erstmals eingesetzte Fanuc Panel iH Pro mit 21,5 Zoll-LCD. Das neue Display der iHMI Serie ist mit einem Full-HD-Display ausgestattet und kann mehrere Informationen gleichzeitig anzeigen. Der Bediener kann Handbuch und Bedienbildschirm zeitgleich sehen und hat so alle Informationen im Blick. Die Steuerung 30/1iTB der Hybridmaschine ist so gestaltet, dass der Bediener in seiner gewohnten NC-Umgebung dieses für ihn zunächst neue Werkzeug „Laser“ angelehnt an die Zerspanung integriert in einer Ebene programmieren kann. In diesem Zusammenhang zeigt sich die gute Regelbarkeit des Systems im Zusammenspiel mit der einfachen Anwendung aus Laser, CNC und Servotechnik. Mit kurzem Pulsen und entsprechend synchronisierten Vorschub kann das Material zur Vermeidung von Anlassfarben behutsam erwärmt werden bis der Abtrag mit voller Leistung gefahren wird. Diese Technologie ist ein exzellentes zusätzliches Werkzeug, bei dem der Bediener nicht durch eine zusätzliche Steuerungsoberfläche überfordert ist.
Weiterhin ist über dem Fanuc Panel ein Monitor installiert. Damit kann der Prozess in der Maschine von außen sehr detailliert beobachtet werden. Geplant ist der Einbau eines Mikrofons. Die derart mit Sensorik ausgestattete Maschine ist ein erster, aber deutlicher Schritt in Richtung Vernetzung und Industrie 4.0.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass neben den wirtschaftlichen Aspekten weiterhin ein erheblicher Druck bezüglich innovativer und effizienter Produktionsprozesse besteht. Einen wichtigen Stellhebel bieten hybride Prozesse. Inzwischen liegt der Schwerpunkt zur Optimierung von Taktzeiten in verkürzten Nebenzeiten. Eine ganzheitliche Betrachtung des vollständigen Produktionsprozesses und eine daraus abgeleitete Einsparung einer kompletten Maschine führen zu reduzierten Aufspannungen. Die Integration andersartiger Fertigungsprozesse bietet hier erhebliches Potenzial für die Zukunft, sofern der Anwender bzw. Maschinenbediener mental diesem Schritt folgen kann. Dieser Aspekt wurde bei der hybriden Maier Laser Maschine explizit berücksichtigt.
Literatur: [1] Brecher. C: Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2011
Maier Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG
www.maier-machines.de
Fanuc Deutschland GmbH
www.fanuc.eu/de
