Automatisierte Fräsbearbeitung

Bearbeitungszentren mit flexiblem Fertigungssystem

Die Auftragslage ist gut, der Bedarf an horizontaler Fräskapazität wächst. Für den Lohnfertiger Knauf eine klare Sache: Zwei zusätzliche Bearbeitungszentren sind angeschafft worden - automatisiert mit einem flexiblen Fertigungssystem (FFS). Als Partner für dieses Projekt kommt die teamtec Werkzeugmaschinen GmbH zum Zuge.

Die Dieter Knauf GmbH investierte in zwei baugleiche OKK HM600 4-Achs-Fräszentren. Einige technischen Daten: 30 kW-Spindel mit bis zu 12000 U/min, 176-faches Werkzeugmagazin, Span-zu-Span-Zeit 3,5 Sek., 70bar IKZ und Verfahrwege von 780x 750 x 800 mm in X-, Y- und Z-Achse.

Zukunftsorientiertes Denken und Handeln gehört schon immer zu den wesentlichen Eigenschaften von Dieter Knauf, dem Inhaber und Geschäftsführer der gleichnamigen GmbH in Aachen. Mit Weitblick hat er seinen Lohnfertigungsbetrieb 1970 gegründet und stetig ausgebaut. Heute beschäftigt die Dieter Knauf GmbH etwa 100 Mitarbeiter, die auf modernen CNC-Maschinen anspruchsvolle Bauteile und Baugruppen fertigen, wie zum Beispiel Steuerblöcke, Kolben und Schieber für Hydraulikaggregate, Bauteile für Diesel-Einspritzsystemen (Verteilerblöcke und Injektor-Gehäuse) sowie diverse Maschinenbauteile.

Die Kernkompetenzen des Unternehmens liegen im Drehen und Fräsen hochkomplexer Bauteile, die einbaufertig geliefert werden. Gerade bei Hydraulikteilen sind die Kundenforderungen besonders hoch. So dürfen beispielsweise Kolbenbohrungen gepaart mit passenden Kolben ein Spiel von lediglich 4 bis 6 µm aufweisen. Die typischen Oberflächengüten liegen bei Ra = 0,8 µm und feiner. Auch der Entgratungszustand spielt eine wesentliche Rolle:

Bei manchen Bauteilen werden scharfe, aber gratfreie Steuerkanten gefordert, bei anderen definierte Verrundungen, damit die meist hochdruckbelasteten Bauteile keine Kerbwirkung an den Kanten haben und Drücken bis über 3000 bar standhalten.

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Mit Qualität und Liefertreue zum Erfolg

Solche Eigenschaften sind Herausforderungen sowohl an die Präzision der Maschinen, als auch an die Messtechnik. Für Geschäftsführer Dieter Knauf ist die Qualität oberstes Gebot: "Unser Ziel ist eine Null-Fehler-Lieferung. Deshalb nehmen wir die Werker selbst für häufige Zwischenkontrollen in die Pflicht und haben drei topp ausgestattete klimatisierte Messräume, in denen alle Endkontrollen stattfinden können. Angeschafft wurde eine Rundheitsmessmaschine 'Rondcom 54SD' von Zeiss, die bis zu 0,005 µ Genauigkeit misst."

An modernster Betriebsausstattung führt kein Weg vorbei, um Liefertermintreue und das erwähnt hohe Qualitätsniveau zu gewährleisten. Dieter Knauf argumentiert: "Wir streben schon immer enge, langjährige Kundenbindungen an. Mit Erfolg - denn durch unsere Leistungsfähigkeit sind wir bei vielen Kunden als strategisch wichtiger Lieferant gesetzt, was wiederum für eine solide Zukunftsplanung notwendig ist."

Um den Ansprüchen auch in Zukunft entsprechen zu können, stand es 2012 an, die Fertigungskapazität im Bereich des horizontalen Fräsens zu erweitern. Dieter Knauf erklärt die Struktur des Frässektors: "Wir teilen diesen nach Fräszentren mit vertikalen und horizontalen Spindeln ein. Vertikal fräsen wir Einzelteile und Kleinserien mit bis zu fünf Achsen, wobei die Komplettbearbeitung in einer Aufspannung im Vordergrund steht. Horizontal setzen wir Zentren mit Werkstückpalettier- und -speichersystemen ein, auf denen wir kleine, mittlere und große Stückzahlen bearbeiten."

Produktion rund um die Uhr

Dabei handelt es sich schwerpunktmäßig um Steuerblöcke und Pumpengehäuse aus Aluminium, hochlegierten und rostfreien Stählen für die Hydraulikindustrie - Komponenten, die später zum Beispiel in vollautomatischen Getrieben für großmotorige Fahrzeuge eingesetzt werden. Der Maschinenpark besteht vorwiegend aus vierachsigen Bearbeitungszentren mit Palettiersystemen für die automatische Werkstückzufuhr und Werkzeugwechselsystemen mit bis zu 360 Speicherplätzen pro Maschine. Die Automatisierung reicht maschinenabhängig von Zweifach-Paletten-Wechslern bis zum Hochregalsystem. "Dieses Konzept erlaubt uns eine Produktion rund um die Uhr an sieben Tagen der Woche", erklärt Geschäftsführer Knauf und ergänzt: "Wer wie wir weltweit Geschäfte macht, muss sich einem harten Kostenwettbewerb und höchster Präzision der zu bearbeitenden Bauteile stellen. Deshalb ist Automatisierung auch im Mittelstand unabdingbar." Insofern war es keine Frage, dass die beiden neuen Horizontal-BAZ entsprechend geplant worden sind.

Solide Basis für Präzisionsbearbeitung

Auf der Suche nach geeigneten Maschinen entdeckten die Verantwortlichen auf der Metav 2012 das hochgenaue Bearbeitungszentrum HM 600 des japanischen Werkzeugmaschinenherstellers OKK, für den die teamtec CNC-Werkzeugmaschinen GmbH in Deutschland Beratung, Vertrieb, Schulung, Service und den Ersatzteildienst übernimmt. Durch ihre äußerst steife Bauweise und die OKK-spezifischen Highlights bezüglich der Temperatur- und Maßhaltigkeit wichtiger Komponenten konnte die OKK HM 600 überzeugen. Schließlich will sich Knauf mit den neuen Maschinen auf Hochgenauigkeitsbauteile fokussieren. Die Maschinen sind bereits in Arbeit und machen zu unserer vollsten Zufriedenheit hochgenaue Bauteile in erstklassiger Präzision.

Ein weiteres wichtiges Argument, das für OKK sprach, war die sofortige Lieferfähigkeit zweier baugleicher Maschinen. Blieb noch der wesentliche Punkt der Automatisierung zu klären, ein Gebiet, auf dem teamtec bereits einige Erfahrung vorweisen kann. Dieter Jakubik, für OKK-Maschinen verantwortlicher Produktmanager bei teamtec, erarbeitete daher gemeinsam mit Dieter Knauf und einem Vertreter der Fastems-Group, Anbieter von Fabrikautomationssystemen, ein entsprechendes Konzept.

Optimales Platz/Leistungsverhältnis

Etwas Kopfzerbrechen bereiteten zunächst die beengten Raumverhältnisse, die ein Positionieren der beiden neuen Zentren mit einem flexiblen Fertigungssystem (FFS) zunächst nicht zuließen. Schließlich tüftelte das Team aus Knauf-, teamtec- und Fastems-Mitarbeitern eine Lösung aus, die ein in der Produktionshalle vorhandenes Fastems-System (verknüpft mit älteren Fräsmaschinen) mit einband. Dieter Jakubik erklärt: "Jedes dieser Fördersysteme verfügt über eine sogenannte Auslaufschiene für das Regalbediensystem. Durch das Verknüpfen der vorhandenen und neuen Fastems-Lösung konnten wir die drei Meter Raum gewinnen, die uns vorher noch fehlten." Was hier einfach klingt, war jedoch ein durchaus komplexes Projekt, das umfangreiche Anpassungen und Erneuerungen hinsichtlich der eingesetzten Elektronik und Mechanik erforderlich machte.

Diese Problemlösung war letztlich ausschlaggebend für die Entscheidung zugunsten teamtec / OKK. Dieter Knauf argumentiert: "Ein qualitativ hochwertiges Bearbeitungszentrum kaufen, kann jeder. Einen topp ausgebildeten Bediener an die Maschine stellen, können auch noch einige Unternehmen. Aber beide Faktoren mit einer ausgeklügelten Automatisierungslösung zu ergänzen, das ist unser Vorsprung."

Die Dieter Knauf GmbH besitzt nun ein Fertigungssystem, welches das Attribut "flexibel" wirklich verdient: Das Palettensystem fasst bis zu 53 Maschinenpaletten der Größe 630mm x 630mm, und je Maschine steht ein Werkzeugmagazin mit mindestens 176 bis 360 Plätzen zur Verfügung. Durch diese Vielzahl an Paletten und Werkzeugen ist das Unternehmen in der Lage, Spann- und Rüstzeiten zu optimieren. Auch "mannarme" Nacht- oder Wochenendschichten lassen sich problemlos organisieren, was sich letztlich in reduzierten Stückkosten niederschlägt.

Drei Beladestationen für schnellen Wiederanlauf

Natürlich kommt es auch auf die Bearbeitung selbst an, in der eine große Menge Knauf-Know-how steckt. So sind den neuen OKK-Zentren HM 600 in erster Linie Steuer- und Verteilerblöcke zugeordnet, die hohe Qualitätsanforderungen haben und in Losgrößen von 50 bis zu 300 Stück abzuarbeiten sind. Da diese zum Teil mehrfache Aufspannungen erfordern, lassen sie sich über das FFS optimal einsteuern. Ihre Bearbeitungszeit liegt durchschnittlich zwischen 30 und 160 Minuten, so dass die mannarmen Schichten damit gut ausgelastet sind.

Da nach einem Wochenende der Paletten-Vorrat weitgehend abgearbeitet ist, hat das Planungsteam auch die Beladeplätze ergänzt und modifiziert. Neben einem Beladeplatz für die bereits vorhandenen Maschinen steht jetzt ein weiterer speziell für die OKK HM 600 zur Verfügung. Außerdem wurde eine spezielle Beladestation entwickelt, die je nach Bedarf für beide Maschinentypen genutzt werden kann. So ist gesichert, dass montags alle Maschinen wieder schnell beladen werden und in Betrieb gehen können.

OKK-BAZ für hochgenaue Zerspanung

Besonderes Kennzeichen der horizontalen OKK HM-Baureihe ist die durchgängige Stabilität der Maschinen, für die der dickwandige, steife Rahmen mit seiner kastenförmigen Struktur die Basis bildet. Er sichert maximale Steifigkeit, Stabilität und eine hohe Dauerpräzision. Außerdem sind die HM-Maschinen von OKK mit hochbelastbaren Linear-Rollenführungen und großen Kugelrollspindeln ausgerüstet. Dadurch können komplexe Teile aus Stahl oder Aluminium hocheffizient und präzise bearbeitet werden. Selbst schwer zerspanbare Materialien sind für die HM 600 kein Problem. Diese Maschine bietet Verfahrwege von 780x 750 x 800 mm in X-, Y- und Z-Achse. Ein wesentlicher Leistungsfaktor ist ihre 30 / 25 kW starke Motorspindel, die eine maximale Drehzahl 12.000 min-1 und bis zu 420 Nm Drehmoment erreicht. Die Kugelrollspindeln der HM 600 sind in allen Achsen beidseitig gelagert, um im gesamten Vorschubsystem ein Maximum an Steifigkeit sicherzustellen. Zudem sorgt ein sehr effektives Kühlsystem dafür, dass thermische Einflüsse auf ein Minimum reduziert werden, um die Genauigkeit der Maschine langfristig zu garantieren. Über das Kühlsystem zirkuliert Öl, das die Kugelrollspindeln, die Lagergehäuse und den Montageflansch temperiert. Auch die bedienerfreundliche Fanuc-CNC der Serie 31i ist optimal auf die Präzisionsmechanik der Maschine abgestimmt. Schnelle Satzverarbeitung, Nanointerpolation und digitale Antriebsysteme ermöglichen beste Oberflächengüte bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Werkzeugmagazine stehen ab 60 Plätzen zur Verfügung und lassen sich auch nachträglich auf bis zu 240 Plätze erweitern.

Dienstleister mit großer Fertigungstiefe

Die Dieter Knauf GmbH ist ein Komplettfertiger im Bereich Zerspanungsmechanik. Die Bearbeitungsmöglichkeiten erstrecken sich vom CNC-Fräsen, -Drehen, -Schleifen über Bohren, Honen und Schweißen bis hin zur Baugruppenmontage. Dienstleistungen in den Bereichen Härtetechnik (Vakuumhärten, Nitrieren, Einsatzhärten und Glühen) und Beschichtungstechnik (Eloxieren, Chromatieren, Brünieren, Phosphatieren, QPQ und Pulverbeschichten) werden in enger Zusammenarbeit mit namhaften Unternehmen regional und überregional erledigt. Die langjährige Erfahrung in der CNC-Bearbeitung und im Werkzeugsektor spiegelt sich im Teilespektrum wieder. Knauf fertigt für die Hydraulikindustrie in großem Maße Steuerblöcke, Kolben und Schieber sowie Kernbaugruppen für Mobilhydraulikaggregate. Im Bereich Automotive ist das Unternehmen als kompetenter Partner für die Prototypen- und Vorserienfertigung von der Antriebstechnik bis zur Kraftstoffeinspritzung bekannt. Im Bereich des allgemeinen Maschinenbaus werden Maschinenkomponenten für Werkzeugmaschinen, Industriewaschanlagen, Nahrungsmittelverpackungsanlagen und viele weitere Anwendungen produziert. Zu den weiteren Produkten zählen Komponenten für optische Messgeräte sowie Vorrichtungen und Bauteile für Aachener Forschungszentren. kf

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