- Die Suche nach einem produktiveren Bearbeitungskonzept für eine Lagerbuchse führte den Präzisionsdrehteile-Hersteller Schuhmacher GmbH aus dem schwäbischen Spaichingen zu einer Kombiwerkzeuglösung. Zwei Sonderwerkzeuge ersetzen sechs Standard-Drehwerkzeuge. Geliefert wurde die All-in-two-Lösung von Walter in Tübingen.
Zwei Werkzeuge ersetzen sechs
Spektakuläre Bauteile, die mit zahlreichen Technologien und damit Werkzeugen bearbeitet werden, bergen in der Regel viele Anknüpfungspunkte, um die Fertigungszeit zu verkürzen. Je mehr Einzelprozesse ablaufen, desto mehr Optimierungspotenzial besteht. Unter dem Strich sind es meist Minuten, die eingespart werden.
Als schwieriger gestaltet sich mitunter die Bearbeitungsoptimierung einfacher Teile mit nur einer Handvoll Operationen. Hier feilen die Ratio-Spezialisten oft an wenigen Sekunden, vor allem bei hohen Stückzahlen. Aber genau solche Teile gehören für viele mittelständische Zerspaner zum Alltagsgeschäft: Drehteile wie Bolzen, Büchsen, Achsen jeder Art.
So ist es auch bei der Schuhmacher Präzisionsdrehteile GmbH im schwäbischen Spaichingen. Das Unternehmen fertigt im Jahr etwa 1800 verschiedene Drehteile, komplexere und weniger aufwändigere, aus den unterschiedlichsten Werkstoffen, teilweise mit zusätzlichen Weiterbearbeitungen versehen, teilweise in Baugruppen fertig montiert. In der Auftragsliste findet sich auch eine Lagerbuchse aus dem Material 16MnCr5 mit 51 mm Durchmesser und 65 mm Länge, die Jahresstückzahl beträgt 200 000. Aufgrund des Preisdrucks sah sich Schuhmacher veranlasst, die Bearbeitungszeit der Buchse von 58 auf wenigstens 45 Sekunden zu reduzieren.
Zwar handelt es sich um eine zylindrische Lagerbuchse, doch auch solche Teile haben mitunter ihre Tücken. Bei diesem Beispiel bewegen sich die Toleranzen für Gesamtlänge, Rundheit des Innendurchmessers und Parallelität der beiden Planflächen im Bereich von 0,02 mm. Bei einer Wandstärke von wenigen Millimetern ist die Herstellung des Innendurchmessers eine knifflige Aufgabe. Die Spannkräfte des Spannsystems sind entsprechend zu reduzieren, die Hülse könnte sonst deformiert werden. Aus Gründen der Prozesssicherheit sind demzufolge nur relativ geringe Schnittkräfte zulässig. In so einem Fall ist der Spielraum für größere Spantiefen und höhere Schnittdaten, um kürzere Laufzeiten zu erzielen, extrem eingeschränkt.
Was die Maschine, eine Takamaz X200 Doppelspindel-Drehmaschine, und deren Peripherie angeht, so entwickelte Schuhmacher ein stimmiges Gesamtkonzept: Das Rohmaterial gelangt per Stangenlader ins Spannsystem. Nach der Bearbeitung führt ein Handlingsystem die Buchse einem Roboter zu. Dieser übergibt sie zunächst an eine Reinigungsstation, anschließend an eine Messstation zur vollautomatischen Hundert-Prozent-Messung. Zum Schluss legt der Roboter die fertige Buchse auf einer Palette ab.
Bislang sah der Arbeitsplan für die Zerspanung sechs Werkzeuge für die Einzelprozesse Plandrehen, Innendrehen und Anfasen vor. Drei Werkzeuge waren für die Hauptspindel-, drei für die Gegenspindel-Operationen zuständig. Vor der Übergabe an die Gegenspindel erfolgte das Abstechen von der Stange. Für Optimierungen kamen nur die Prozesse Plandrehen, Innendrehen und Anfasen in Frage. Da der Abstechvorgang bei einer dünnwandigen Buchse so gut wie kein Optimierungspotenzial enthält, wurde er für die Neugestaltung der Bearbeitung nicht berücksichtigt.
Werkzeug-Konstruktion an der Maschine
Wie lassen sich angesichts der Bauteiltücken und des stimmigen Fertigungsumfeldes die geforderten Sekunden einsparen? Die Frage stellte der Präzisionsdrehteilehersteller dem Werkzeuglieferanten Walter, der zwar nicht für die Lagerbuchse, aber für andere Bauteile bereits Werkzeuge lieferte. Geschäftsführer Dominik Schuhmacher formulierte die Aufgabe an Walter: „Wir sagten, hier ist unser Bauteil, hier steht unsere Maschine und unser Prozess – lasst euch etwas einfallen, damit wir auf unsere Kundenforderung eingehen können."
Es folgte eine gründliche Bauteil-, Maschinen- und Prozessanalyse. „Wir kamen zu dem Ergebnis, dass uns nur ein völlig neues Werkzeugkonzept zum Ziel führt", blickt Marc Etter zurück, technische Beratung und Verkauf bei Walter Deutschland GmbH. Die Idee des langjährigen Anwendungstechnikers: Kombiwerkzeuge sollten künftig die Standardwerkzeuge ersetzen. Noch an der Maschine stehend, entwarf er zusammen mit Thomas Haller, dem Leiter der CNC-Abteilung bei Schuhmacher, Kombiwerkzeuge – eines für die Hauptspindel-Operationen mit vier Wendeplatten und eines für die Gegenspindel-Operationen mit drei Wendeplatten. Der Wegfall der Revolverschaltungen und die Minimierung der Verfahrwege sollten die gewünschte Reduzierung der Gesamtbearbeitungszeit im Wesentlichen bewirken.
„An der Maschine Sonderwerkzeuge zu entwerfen, ist nicht gerade alltäglich, aber effektiv", meint Etter. Konstruiert werde in der Regel im Konstruktionsbüro, nicht an der Maschine. „Wir freuten uns natürlich über die unkonventionelle und praxisnahe Unterstützung", fügt Haller hinzu. Der Entwurf der beiden Zerspanungsspezialisten ging umgehend zur Umsetzung an die Konstruktionsabteilung des Werkzeugherstellers in Tübingen, und von dort in die Werkzeugherstellung.
Nach wenigen Feinanpassungen bei den Wendeplatten fiel das Ergebnis besser aus als die ursprüngliche Forderung: Die beiden Kombiwerkzeuge benötigen nur 38 Sekunden. Das macht unterm Strich eine Einsparung von 20 Sekunden je Lagerbuchse. Hochgerechnet auf das Jahr führt dieses Ergebnis zu mehr als 1100 Stunden gewonnener Zeit. Ein geringer Teil geht dabei auf eine moderate Erhöhung der Schnittwerte zurück, bedingt durch die Wendeplatten aus dem Tigertec Schneidstoff WPP20. „Bei der Wahl der Wendeplatten und des Schneidstoffes waren mehrere Faktoren unter einen Hut zu bringen", erklärt Etter, „allen voran die engen Rundlauf- und Planlauftoleranzen sowie die Schnittkraftbegrenzung aufgrund der geringen Spannkräfte. Die gewählten Wendeplatten aus WPP20 mit insgesamt vier verschiedenen Geometrien, je nach Einzelprozess, erzeugen gut abfließende Späne und erfüllen das Bündel der Anforderungen optimal."
Walter lieferte die beiden Kombiwerkzeuge mit DIN ISO-Wendeplattensitzen in Monoblockausführung mit Walter Capto-Schnittstelle. Die Einführung dieser Schnittstelle auf der Doppelspindelmaschine ist eine weitere Neuerung. Der Standard-VDI-Revolver erhielt entsprechende Adapter, um die Werkzeuge aufzunehmen. Mit der Walter Capto-Schnellwechselschnittstelle spart der Anwender im Verschleißfall weitere Nebenzeiten ein.
Schuhmacher resümiert: „Wir gehen davon aus, dass bei uns immer mehr Kombiwerkzeuge dieser Art zum Einsatz kommen werden. Sind die Stückzahlen vorhanden, rechnen sich solche Lösungen in überschaubarem Zeitrahmen."
Schuhmacher Präzisionsteile GmbH www.schumacher-gmbh.de
Walter Deutschland GmbH www.walter-tools.com
