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Die alte Geschichte von der Fabrik der Zukunft, die von einem Menschen und einem Hund betreut wird – wobei sich die Rolle des Menschen darauf beschränkt, den Hund zu füttern, während der Hund die Aufgabe hat, den Menschen von den Maschinen fernzuhalten –, rückt beim Werkzeugschleifen immer näher an die Realität heran.
Zumindest, so Edmund Boland, wird der gesamte Produktionsprozess digital vernetzt sein, „von der Annahme des Rohmaterials über die Palettierung, das Lasermarkieren und die Vorbereitung der Rohlinge bis hin zum Schleifen der Werkzeuge, der Schneidkantenpräparation, der Beschichtung und dem Versand der fertigen Ware.“
Wird also beispielsweise ein bestimmter Auftrag vom Radiusschleifen an die 5-Achs-Schleifmaschinen übergeben, rufen die Maschinen automatisch das richtige Programm zum Fertigschleifen der Werkzeuge auf. Alles wird auch mit dem ERP- und MES-System eines Unternehmens verknüpft und bietet „lückenlose Datenanalysen, um die richtigen Entscheidungen zu treffen und die Prozesse zu verbessern.“
Einzelne Prozesse, wie das Schleifen der Außendurchmesser oder das Verrunden der Schneidkanten, sind bereits hochautomatisiert – zumindest wenn sie eingefahren sind. Der entscheidende Wettbewerbsfaktor besteht laut Boland darin, wie weit diese Prozesse automatisiert sind und wie weit der Materialtransport zwischen den Prozessschritten automatisiert ist.
„In einem kleinen bis mittelgroßen Betrieb gibt es wahrscheinlich eine Person, die eine Palette, sagen wir mal, von der Rohlingsvorbereitung zur 5-Achs-Maschine bringt und scannt“, sagt Boland. „Aber digital erhält die fünfachsige Maschine eine Datei, die besagt, dass sie diese Rohlinge erhält, und das Ganze ist mit dem ERP-System verknüpft. Das Gleiche würde passieren, wenn die Beschichtung an einen Unterauftragnehmer vergeben wird. Die Informationen werden zwar digital an den Beschichter gesendet, aber jemand bringt die Werkzeuge manuell von der Maschine zur Versandabteilung. In einem großen Betrieb hingegen würde ein Flurförderfahrzeug die physischen Bewegungen durchführen.“ Das ist der Fall bei den integrierten Fertigungssystemen AIMS (Anca Integrated Manufacturing System) von Anca.
Verbesserung des Einrichtens und der Qualität
Je höher der Automatisierungsgrad in einem Betrieb ist, so Boland, desto gleichmäßiger ist die Qualität der Produktion und desto mehr können sich die Mitarbeiter auf die Lösung einzelner Probleme und die Verbesserung des gesamten Prozesses konzentrieren, unterstützt durch KI. „Es wird immer Werkzeuge geben, die außerhalb der Toleranz liegen. Dann muss jemand fragen: ‚Warum? Was müssen wir optimieren? Gibt es ein Problem mit einem der Produktionsschritte? Ist das Programm falsch?‘“
Wettbewerbsfähige Unternehmen werden sich daher auf hoch qualifizierte Problemlöser verlassen und kontinuierliche Weiterbildung betreiben müssen. Diese Fachkräfte werden wiederum auf die Art von Weiterbildung angewiesen sein, die an der Anca Adademy angeboten wird.
Boland geht auch davon aus, dass qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter weiterhin für das Einrichten von Maschinen zuständig sein werden, obwohl sich auch hier elektronische Unterstützung ankündigt. So würden beispielsweise Komponenten wie Lünetten mit Sensoren und der Fähigkeit zur automatischen Anpassung ausgestattet sein.
Die automatische Kompensation zur Korrektur von Fehlern, die während des Prozesses erkannt werden, ist bereits Realität. Und diese Fähigkeit werde sich nur noch verbessern, fügt Boland hinzu. Wenn die Maschine beispielsweise einen Rohling schief einlegt, erkennt der Messtaster den Fehler und das Problem wird automatisch korrigiert, um ein zufriedenstellendes Werkzeug herzustellen. Aber: „Das erste Teil muss immer noch manuell geprüft werden, vor allem, wenn es sich um einen neuen Werkzeugtyp handelt. Danach kann das System die Arbeit übernehmen. Das erste Teil muss ein Gutteil sein, ist bereits unser großes Mantra. Man sollte in der Lage sein, das erste Werkzeug zu messen, und wenn es falsch ist, kann man das kompensieren.“
In-Prozess-Messung wird immer leistungsfähiger
Ein Faktor, der dazu beiträgt, ist die ständig wachsende Leistungsfähigkeit der In-Prozess-Messung. Boland stellt fest, dass die Laser der neuen Generation in Gegenwart von Kühlmittelnebel und sogar Ölresten auf dem Werkzeug problemlos messen können. Bildverarbeitungssysteme müssen immer noch manuell platziert und nach Gebrauch entfernt werden, aber „das wird sich ändern. Kamerasysteme erfordern eine bessere Absaugung als Laser, aber es gibt Lösungen. Ein Roboter kann direkt nach dem Schleifen die Ablagerungen aus der Umgebung in der Maschine ausblasen. Oder man könnte einen Roboter einsetzen, der die Kamera von einem externen Ort in die Maschine bringt.“
Gleichzeitig wird die Liste der Merkmale, die intern gemessen und automatisch kompensiert werden können, immer länger. Heute sind es „Dinge wie Außendurchmesser, Werkzeugprofil und Nuttiefe. In kurzer Zeit werden wir in der Lage sein, mehr zu tun: Die Gewinde in einem Gewindefräser oder einem Gewindebohrer zum Beispiel. Eine K-Land. Oder der Spanraum. Solange etwas innerhalb des Systems gemessen werden kann, lässt es sich auch kompensieren.“
Boland glaubt nicht, dass man auf eigenständige Universal-Messmaschinen wie die Zoller genius wird verzichten können – insbesondere wenn es um die Messung komplexer Merkmale geht. Aber er sieht Verbesserungen im Zusammenspiel zwischen solchen Systemen und Werkzeugschleifmaschinen voraus.
Der Schlüssel dazu, so erklärt er, liege in der Erstellung standardisierter Messprotokolle für bestimmte geometrische Merkmale. „Solange diese Messprotokolle nicht erstellt sind, kann keine Werkzeugschleifmaschine eine gemessene Abweichung kompensieren. Im Moment verfügt Anca über einen Standardsatz von Messungen für einfachere Schaftfräser und Bohrer. Aber da wir AIMS bei allen unseren Kunden installieren, arbeiten wir auch mit diesen Kunden zusammen, um die Palette der Messungen, die wir kompensieren können, zu erweitern. Wir befassen uns zum Beispiel mit recht komplexen Profilwerkzeugen und komplexen Schaftfräsern.“
Toleranzen im Submikron-Bereich
Es ist kein Geheimnis, dass die Toleranzen immer enger werden. Boland sagt, dass das Erreichen von Präzisionsniveaus im Mikrometer- und sogar Submikrometerbereich der Schlüssel zu vielen zukünftigen Anwendungen sein wird. Die Nachfrage nach dieser Genauigkeit „wird aufgrund der Vorteile dieser Werkzeuge steigen. Seien es die Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstücks, die Standzeit des Werkzeugs oder andere Faktoren. Die Beseitigung all der kleinen Ungenauigkeiten steigert die Leistung erheblich.“
Dies ist auch der Grund, warum sich der Markt immer mehr in Richtung Vollhartmetall-Schaftwerkzeuge und weniger in Richtung Wendeschneidplatten bewegt. „Die Kunden wollen die Steifigkeit eines soliden Schaftwerkzeugs und die Vorteile, die sich aus der Möglichkeit ergeben, das Maximale aus dem Werkzeug herauszuholen und gleichzeitig eine hervorragende Oberflächengüte zu erzielen“, berichtet Boland.
Um ein höheres Präzisionsniveau aufrechtzuerhalten, bedarf es mehr als der bereits erwähnten hochgradig funktionierenden Automatisierung, der prozessbegleitenden Messung und der Kompensationsfunktionen im geschlossenen Regelkreis. „Einfache, aber teure Dinge wie die Klimatisierung“, zählt Boland auf. „Die Kühlmittelsysteme. Die Arten von Schleifscheiben, die Sie kaufen. Es geht nicht nur um das Werkzeug und die Schleifmaschine. Es geht um das ganze System drumherum.“
„Die Beseitigung von Vibrationen wird absolut entscheidend sein. Man wird nicht mehr in der Lage sein, die Absaugung direkt unter der Verhaubung anzubringen. Das Klimagerät in einer Werkzeugmaschine wird sehr wichtig werden. Denn wenn sie vibriert, verursacht sie Probleme. Ein zentrales Kühlmittelsystem und eine zentrale Absaugung werden somit zur Voraussetzung.“
Obwohl Boland eine wachsende Nachfrage nach immer genaueren Werkzeugen voraussagt, glaubt er auch, dass es weiterhin einen Bedarf an kostengünstigeren Werkzeugen geben wird. Dies sowie die inhärenten Kosten und die Schwierigkeit, die engsten Toleranzen einzuhalten, würden die Einführung der gerade erörterten Verbesserungen begrenzen.
Werkstoffe: PKD im Trend
Hartmetall ist nach wie vor der vorherrschende Werkstoff für Schneidwerkzeuge, aber die Verwendung von PKD nimmt laut Boland schnell zu. So könnte PKD in etwa 10 Jahren einen Marktanteil von 30 % erreichen. Keramik gewinnt ebenfalls an Bedeutung, bleibt aber ein kleiner Teil.
Ebenso wird der Bedarf an anderen Materialabtragsverfahren als dem Schleifen steigen. Drahterodieren und Rotationserodieren sind heute die vorherrschenden Verfahren für PKD, aber das Laserabtragen sollte man im Auge behalten, sagt Boland. „Es ist definitiv eine aufstrebende Technologie. Kunden mit frühen Maschinen nutzen sie nicht nur für PKD, sondern auch für Hartmetall. Vor allem Mikrowerkzeuge werden jetzt als potenzielles Einsatzgebiet für das Laserabtragen angesehen, und die Werkzeughersteller erzielen interessante Ergebnisse.
Laserabtragen: Nischenlösung oder mehr?
„In Bezug auf PKD hat das Laserabtragen definitiv seine Vorteile gegenüber dem Erodieren. Es erfordert kein Kühlmittel und keine Kupferelektroden als Verschleißteile. Obwohl die Maschinen 40 bis 50 % teurer sind als konkurrierende Technologien, können sie im Laufe der Zeit aufgrund der geringeren Kosten für Verbrauchsmaterialien Geld sparen. Durch Laserablation können auch Formen hergestellt werden, die durch Erosion nicht möglich sind, einschließlich Oberflächenmerkmalen. Umgekehrt ist es für das Nuten von Werkzeugen mit größerem Durchmesser nicht sinnvoll.“ Boland ist sich daher nicht sicher, ob das Laserabtragen in naher Zukunft mehr als eine Nischenlösung sein wird.
Ebenso ist es unwahrscheinlich, dass die additive Bearbeitung abtragende Verfahren in einer großen Anzahl an Anwendungen in der Industrie ersetzen wird. Und ihre Anwendbarkeit bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen scheint begrenzt zu sein. „Ich glaube nicht, dass sie in zehn Jahren effizient genug sein wird. Möglicherweise kann sie aber bei der Herstellung von Spezialwerkzeugen eingesetzt werden, z. B. bei der Herstellung von inneren Kühlkanälen, die sonst nicht möglich wären. Sie könnte auch bei der Herstellung großer, teurer Schneidwerkzeuge eine Rolle spielen. Aber selbst wenn sich das Verfahren durchsetzen sollte, glaube ich nicht, dass es genau genug sein wird, um das Feinschleifen überflüssig zu machen.“
Nachschleifen bleibt weiter gefragt
In Anbetracht der von Boland avisierten Effizienzsteigerungen in der Produktion könnte man erwarten, dass das Nachschleifen aussterben wird. Aber nicht nur die bereits erwähnten Automatisierungslösungen werden auch auf das Nachschleifen anwendbar sein. Boland geht davon aus, dass es aufgrund von Nachhaltigkeitsaspekten weiterhin ein rentables Geschäft sein wird.
Gleichzeitig wird die größere Effizienz, die von zukunftsorientierten Werkzeugherstellern erreicht wird, auf dem Markt die Erwartung nach schnelleren Durchlaufzeiten wecken, selbst bei kleinen Mengen von Spezialwerkzeugen. Wie Boland es ausdrückt, „ist die Fähigkeit, problemlos optimierte Sonderwerkzeuge für einen bestimmten Auftrag herzustellen, das, was für unsere Kunden wichtig sein wird.“
Es überrascht nicht, dass die Umstellung auf Elektrofahrzeuge (EV) die Nachfrage nach Schneidwerkzeugen im Automobilsektor um bis zu 50 % reduziert. Dies ist weltweit unterschiedlich, wobei die USA bei der Einführung von Elektrofahrzeugen hinterherhinken. Es gibt auch „wachsende Anwendungen außerhalb des EV-Bereichs, die das kompensieren könnten“, so Boland, obwohl die Gesamtauswirkungen der EVs unbestreitbar groß sein werden.
„Und dann ist da noch die Frage, welche Technologie sich durchsetzen wird. Aber das ist eher eine philosophische Diskussion als eine sachliche. Wird sich Wasserstoff durchsetzen? Wird der extrem saubere Kraftstoff zurückkommen und dem Verbrennungsmotor eine neue Chance geben? Wer weiß das schon?“
KI wird Hebel zur Produktivitätssteigerung
Boland prognostiziert, dass KI „in Zukunft ein enormer Hebel zur Produktivitätssteigerung sein wird“, u. a. weil sie dazu beiträgt, Ausfälle von Komponenten im Voraus genau zu melden. Sie kann sogar automatisch das Ersatzteil bestellen. Auf diese Weise wird die vorbeugende Wartung zielgerichtet sowie effizient und gewährleistet eine nahezu lückenlose Betriebszeit.
Umgekehrt weist Boland darauf hin, dass die Automatisierung mit mehreren Maschinen jegliche Ausfallzeit untolerierbar macht. „Die Kunden können ein oder zwei Tage ohne eine einzelne Maschine auskommen. Aber wenn ein vollautomatisches System ein paar Stunden nicht funktioniert, ist das ein großes Problem.“ Es wird also wichtig sein, schnell und rund um die Uhr reagieren zu können. Es wird verschiedene Technologien geben, die dies ermöglichen. Dazu gehören auch Ferndiagnosen und vorausschauende Wartung, „um die Notwendigkeit eines Servicemitarbeiters vor Ort zu verringern“.
Was auch immer die Zukunft bringt, sie wird sicher interessant sein. Und sollte sich Boland mit irgendetwas irren, können Sie sich immer auf Ihren Hund verlassen.
Anca Europe GmbH
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