ZOLLER, der Experte für mehr Wirtschaftlichkeit in der zerspanenden Fertigung, ermittelt mit seinen Einstell- und Messgeräten die korrekten Werkzeugdaten für einen optimalen Fertigungsprozess – mithilfe der über 200 verfügbaren Messprogramme für unterschiedlichste Werkzeuge sogar vollautomatisch.

Taktzeiten, Hauptzeiten, Nebenzeiten

In der Großserienfertigung, allem voran die Automobilindustrie und die Automobilzulieferindustrie, ist die Taktzeit das A und O in der Fertigung. Daran richtet sich alles aus. Für einen optimalen Fertigungsablauf sollten die Nebenzeiten auf ein Minimum reduziert werden.

Die Herstellungszeit für ein Bauteil setzt sich stets aus Haupt- und Nebenzeiten zusammen. In der zerspanenden Fertigung wird während der Hauptzeiten der Span erzeugt, die Nebenzeiten sind für das Handling des Bauteils und der Werkzeuge notwendig. Diese Nebenzeiten lassen sich bereits zu einem Großteil reduzieren, indem die Werkzeuge außerhalb der Maschine vermessen werden. Die Werkzeugdaten können mit dem Einsetzen des Werkzeugs direkt vom Werkzeugeinstellgerät in die Steuerung der Maschine eingelesen werden. Das ist viel wirtschaftlicher als das Einmessen des Werkzeugs in der Maschine. ZOLLER kann die in seinen Einstell- und Messgeräten ermittelten Werkzeugdaten in über 230 unterschiedliche Datenformate umwandeln, sodass die Werkzeugdaten schnell und sicher in der Maschine zur Verfügung stehen.

Doch in der Großserienfertigung gehen die Überlegungen weit über die externe Werkzeugeinstellung hinaus. Hier wird um jeden Sekundenbruchteil gefeilscht – zurecht: Bei einer Million produzierten Teilen summiert sich jede eingesparte zehntel Sekunde auf fast 28 Stunden – zusätzliche Bearbeitungszeit.

Mithilfe von Spezialwerkzeugen wird versucht, die Werkzeugwechselzeiten zu eliminieren und damit Zeit zu sparen. Solche Werkzeuge vereinen mehrere Arbeitsschritte miteinander. Allerdings müssen sie äußerst exakt eingestellt sein, um maßhaltige Bauteile zu fertigen. Andernfalls weisen die Bearbeitungsergebnisse nicht die geforderte Qualität auf.

Die umfangreiche Programmbibliothek von ZOLLER bietet für die unterschiedlichsten Werkzeuge – Standard- und Sonderwerkzeuge – Messprogramme für die verschiedensten Parameter an. So werden diese Werte nicht nur korrekt ermittelt, sondern gelangen auch noch sicher an die Maschinensteuerung.

Spezialwerkzeuge – Experten auf ihrem Gebiet

Spezialwerkzeuge sind dafür ausgelegt, entweder einen ganz speziellen Arbeitsgang besonders exakt auszuführen oder mehrere Arbeitsgänge in einem Werkzeug zu vereinen. In beiden Fällen sind es die wirtschaftlichen Betrachtungen, die eine Begründung für den Einsatz dieser teuren Werkzeuge anstelle von Standardwerkzeugen liefern.

Umso wichtiger ist aber die korrekte Einstellung der Spezialwerkzeuge. Denn jeder Parameter ist speziell auf die konkrete Aufgabenstellung optimiert. Stimmen diese Einstellungen nicht, setzt sich der Fehler auf das Bearbeitungsergebnis fort und kann zu Ausschuss führen. Die Messprogramme von ZOLLER ermitteln zum einen die korrekten Werkzeugdaten an sich, und sie können auch noch verschiedene Parameter zueinander in Bezug setzen. Das ist gerade bei komplexen Werkzeugen ein enormer Vorteil.

Schruppen und Schlichten in einem Arbeitsgang

Schrupp-Schlicht-Messerköpfe zum Beispiel vereinen die beiden Einzelbearbeitungsschritte Schruppen und Schlichten in einem Werkzeug. Ihre Schneiden erfüllen unterschiedliche Aufgaben – und müssen entsprechend unterschiedlich eingestellt sein. Beispielsweise tragen in diesem Beispiel zunächst die 4 Schruppschneiden grob das Material ab, anschließend ist eine Schlichtschneide für die exakte Oberfläche verantwortlich. Diese Schneidenfolge gibt es dreimal am Umfang. Für einen einwandfreien Prozess müssen die Schrupp- und Schlichtschneidenpakete jeweils in engen Toleranzen deckungsgleich sein, der Versatz zwischen Schrupp- und Schlichtscheibe an der Oberfläche soll aber beispielsweise 30 μm betragen.

Maße und Bezugspunkte

Auch Tauchwellenfräser müssen exakt zueinander eingestellt sein, um beispielsweise im Automotivebereich mehrere Bearbeitungen bei höchstem Geauigkeitsanspruch gleichzeitig auszuführen. Hierbei müssen nicht nur die einzelnen Schneidplatten auf einem Fräser dieselbe Kontur aufweisen, sondern auch die Abstände der einzelnen Schneidplatten in axialer Richtung müssen korrekt zueinander ausgerichtet sein. Andernfalls könnten sich die einzelnen Abweichungen aufgrund der Verkettung der Einzelmaße entlang der Achse zu großen Abweichungen potenzieren.

ZOLLER liefert auf seinen Einstell- und Messgeräten mit einem Reitstock nicht nur die entsprechenden Einspannvorrichtungen, um die Welle exakt aufzunehmen und auszurichten. Über die Auswahl aus über 200 verschiedenen Messprogrammen für unterschiedlichste Parameter und die optimale Kombination lassen sich auch komplexe Werkzeuge mit einer Vielzahl an Schneiden in unterschiedlichen Ebenen exakt vermessen und einstellen. Der Bediener wählt in der Software »pilot« die entsprechenden Parameter aus, gibt die Anzahl der Schneiden ein und den Rest macht die Software – einschließlich der Ansteuerung der CNC-Achsen und der Protokollierung der Messergebnisse.

Schneiden ganzheitlich prüfen

Gerade bei Reibahlen ist neben der exakten Einstellung die Unversehrtheit der Schneiden und Stützleisten wesentlich für die Bearbeitung und für die Bearbeitungsergebnisse.

ZOLLER bietet für diesen Fall ein Messprogramm, das bei Reibahlen sowohl die Schneiden als auch die Stützleisten ganzheitlich im Auflicht inspiziert und mögliche Beschädigungen sichtbar macht. Auch hier ist ein entsprechendes Messprogramm verfügbar. Der Bediener gibt lediglich den Startpunkt sowie die Schneidenlänge in der Softwareoberfläche ein. Anschließend fährt das Messgerät die einzelnen Bereiche der Schneide ab und nimmt Bilder im Durch- und Auflicht auf. Diese Bilder werden automatisch zu einem Gesamtbild zusammengesetzt, sodass sich die gesamte Schneide auf einen Blick erkennen lässt.

Weiterhin können die im Durchlicht aufgenommenen Istwerte der Schneiden und der Stützleisten mit den vorgegebenen Sollwerten inklusive der hinterlegten Toleranzen im Messprogramm »lasso« verglichen werden. Abweichungen werden grafisch dargestellt, Fehler und Beschädigungen werden vor dem Einsatz erkannt.

Mithilfe dieser Messprogramme sind die Werkzeuge zu 100 Prozent geprüft, bevor sie eingestellt werden und möglicherweise in die Fertigung gelangen.

Messprogramme für unterschiedlichste Werkzeuge und Anwendungen

Auch wenn die drei dargestellten Beispiele schon eine breite Palette an möglichen Messprogrammen und Messabläufen darstellt, sind sie doch nur eine kleine Auswahl der vielen Möglichkeiten an Messprogrammen die ZOLLER zu bieten hat – von Mikrowerkzeugen bis zur Komplettvermessung ganzer Sägeblätter. Egal, welche Anforderung der Anwender an seine Werkzeuge, das Vermessen und Einstellen der Parameter sowie das Protokollieren und Auswerten der Ergebnisse hat: ZOLLER kann stets das entsprechende Messprogramm liefern.

ZOLLER, der Experte für mehr Wirtschaftlichkeit in der zerspanenden Fertigung, ermittelt mit seinen Einstell- und Messgeräten die korrekten Werkzeugdaten für einen optimalen Fertigungsprozess – und kann die Werkzeugdaten auch für weitere Anwendungen nutzen und somit die Produktivität in der Fertigung erhöhen.

Grundlage eines jeden Werkzeugs sind die CAD/CAM-Daten aus der Konstruktion. Hier ist für jedes Werkzeug jedes Maß und jede Toleranz hinterlegt. Doch der Weg von der Zeichnung zum fertigen Bauteil ist weit: Er reicht von der Montage der Werkzeuge über den Einbau der Werkzeuge in die Werkzeugmaschine bis hin zu der Bearbeitung selbst. Und jeder dieser Schritte ist mit entsprechenden Toleranzen behaftet. Auch wenn jede einzelne Toleranz klein sein mag, so kann sich das Zusammenspiel zu großen Abweichungen aufschaukeln – und das Bauteil damit nutzlos machen. Damit ist nicht nur der Materialeinsatz, sondern sind auch die Maschinenlaufzeit und die Werkzeugabnutzung unwirtschaftlich.

Korrekte Werkzeugdaten reduzieren diese Toleranzen auf ein Minimum: Es bleibt nur noch die Toleranz der Spindel übrig, die einen Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis haben kann.

Individuelle Messabläufe für jedes Werkzeug auf Knopfdruck

Bohrer, Fräser, Gewindewerkzeuge, als Schaftwerkzeug oder mit Wendeschneidplatten ausgestattet – um komplexe Formwerkzeuge herzustellen, können hundert und mehr Werkzeuge zum Einsatz kommen. Wenn nur eines dieser Werkzeuge nicht in der gewünschten Form zerspant und eine aufwendige Nacharbeit nicht möglich ist, muss das ganze Bauteil verschrottet werden.

So unterschiedlich die Werkzeuge sind, so unterschiedlich sind auch die Parameter, die bei den Werkzeugen ermittelt werden müssen. ZOLLER kann für jedes beliebige Werkzeug ein eigenes Messprogramm mit einem optimierten Messablauf entwickeln. Der Bediener wählt das jeweilige Werkzeug aus – das kann für Standardwerkzeuge sogar aus einer Auswahl fotorealer Darstellungen erfolgen – und der Messablauf startet dann autormatisch. Bei einfachen Werkzeugen wie Bohrern ist oftmals nur die Länge der ausschlaggebende Parameter. Bei anderen Werkzeugen wie Gesenkwerkzeuge können einzelne Punkte der Schneidengeometrie für das Bearbeitungsergebnis relevant sein. Diese werden ebenfalls automatisch von den CNC-Achsen des Einstell- und Messgeräts angefahren und deren Werte ermittelt – auch beispielsweise unterschiedliche Konturelemente bei Werkzeugen mit mehreren Wendeschneidplatten die schlussendliche eine Gesamtkontur ergeben.

Unzählig viele Werkzeugdaten – sicherer Datentransfer

Besteht das Einrichteblatt eines komplexen Bauteils aus vielen Werkzeugen, so ist an der Maschine die Zuordnung der Messwerte zu dem jeweiligen Werkzeug eine echte Herausforderung. Oder die Werkzeugdaten liegen elektronisch vor und sind dem jeweiligen Komplettwerkzeug direkt zugeordnet. Dann ist dieser aufwendige Prozess per Knopfdruck erledigt.

Grundvoraussetzung ist ein eindeutig identifizierbarer Werkzeughalter. Dieser kann mit einem QR-, Bar- oder DataMatrix-Code oder mit einem RFID-Chip ausgestattet sein. Nach dem Zusammenbau sind diesem Komplettwerkzeug die entsprechenden Werkzeugdaten zuordenbar. Hierfür können die Werkzeugdaten bereits aus dem CAD/CAM-System eingelesen werden, auf deren Basis auch die Messabläufe automatisch generiert werden können.

Vor dem Vermessen der Werkzeuge werden die Komplettwerkzeuge identifiziert. Dann können die ermittelten Messwerte aus der Datenbank diesem Werkzeug zugeordnet werden. Beim Einsetzen des Werkzeugs in die Werkzeugmaschine wird das Werkzeug per Leseeinheit identifiziert. Die entsprechenden Werkzeugdaten werden von der Maschinensteuerung eingelesen und stehen dem System zur Verfügung. Die Bearbeitung kann ohne weitere Kalibrier- und Einrichtearbeiten starten.

Ordnung durch Werkzeugdaten

Sind die Werkzeugdaten einmal erfasst und die Komplettwerkzeuge identifizierbar, können diese Werkzeugdaten auch noch anderweitig genutzt werden, beispielsweise für die Ordnung im Toolroom.

Jedem erfassten Werkzeug kann ein eindeutiger Platz in einem der Smart Cabinets Werkzeugschränke zugeordnet werden. Dieser Platz ist in der Software nicht nur erfasst, sondern kann auch grafisch dargestellt werden. Damit sind die Werkzeuge jederzeit auffindbar und viel Zeit fürs Suchen kann eingespart werden. Zudem ist mit jedem Buchungsvorgang auch der Weg des Werkzeugs jederzeit nachvollziehbar – ebenfalls eine nützliche Zusatzinformation für den Bereich Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit.

Werkzeuge einschrumpfen: der Prozess

Für das Einschrumpfen wird der Werkzeughalter mithilfe einer Induktionsspule und einem starken Magnetfeld aufgeheizt. Der Werkzeughalter dehnt sich aus, sodass das Werkzeug in die geweitete Bohrung eingesetzt werden kann. Nach dem Abkühlen zieht sich der Werkzeughalter wieder auf seine ursprüngliche Form zusammen und spannt das Werkzeug.

»masterPiece«: der Meister des Einstellens

Um ein Werkzeug exakt auf Länge einzustellen, muss dessen Länge bekannt sein – allerdings lässt es sich vor dem Schrumpfvorgang nicht in den Werkzeughalter einführen und vermessen. »masterPiece« ist ein exakt definierter Einstelladapter. Der Schaft des »masterPiece« ist in Untermaß ausgeführt, sodass er auch im kalten Zustand in den Schrumpfwerkzeughalter eingeführt werden kann. Das andere Ende des »masterPiece« ist mit einer Bohrung in Übermaß ausgeführt und kann das Schaftwerkzeug aufnehmen. Damit wird im Einstell- und Messgerät die Werkzeuglänge exakt ermittelt.

»asza«: Das Geheimnis steckt in der Spindel

»asza« steht für Längenschlagsautomatik in Z-Richtung. Dabei handelt es sich um einen Pin, der mithilfe eines CNC-gesteuerten Antriebs von unten durch den Werkzeughalter hindurchgeführt wird. Dieser Pin liefert nach dem Aufheizen des Werkzeughalters die Auflagefläche für das Schaftwerkzeug. Das Schaftwerkzeug wird eingesetzt und fällt durch die Bohrung bis auf den Pin. Nun zieht sich der Werkzeughalter durch Abkühlen wieder zusammen und spannt das Werkzeug in der richtigen Höhe. Da das Werkzeug im kalten Zustand des Werkzeughalters vermessen wurde, werden mit diesem Verfahren auch die Wärmeeinflüsse während des Aufheizens eliminiert.

Aufheizen – einsetzen – abkühlen – fertig

Nun sind alle relevanten Längenparameter ermittelt. Werkzeug und »masterPiece« werden entnommen, der nächste Schritt ist das Aufheizen des Werkzeughalters. Dafür müssen der Spulendurchmesser und die Spulenlänge dem Werkzeughalter angepasst werden. Beim »redomatic« gibt die Software diese Werte vor. Sie können entweder manuell vom Bediener oder auch automatisch eingestellt werden.

Während des Aufheizvorgangs werden sämtliche Parameter wie Frequenz, Heizzeit und Spulenstrom kontinuierlich überwacht. Die einzelnen Parameter sind in engen Toleranzen exakt aufeinander abgestimmt. Ein falsch eingestellter Spulendurchmesser kann zu einer Überhitzung des Werkzeughalters führen und ihn beschädigen. Sollte beim manuellen Betrieb der Spulendurchmesser falsch gewählt sein, passen die Messwerte der Parameter nicht mehr zusammen und das Gerät schaltet automatisch ab – bevor der Werkzeughalter beschädigt wird.

Hat die Spule den Werkzeughalter aufgeheizt, kann das Werkzeug eingesetzt werden. Es rutscht bis auf den Pin und befindet sich damit in der richtigen Position. Anschließend wird eine Kühlglocke auf das Komplettwerkzeug aufgesetzt und das Werkzeug wird abgekühlt, sodass es wieder genutzt werden kann. Abschließend kann noch eine Prüfmessung durchgeführt werden, um die exakte Werkzeuglänge zu verifizieren.

Automatisierte Lösung

Da sämtliche Einstellungen sowohl am Einstell- und Messgerät als auch an der Induktionsspule automatisch erfolgen können, lässt sich der gesamte Schrumpfablauf auch automatisieren. Ein Roboter übernimmt die Handlingsaufgaben: Er setzt nach dem Werkzeughalter das »masterPiece« und das Werkzeug ein, startet die jeweiligen Messvorgänge und entnimmt die entsprechenden Komponenten auch wieder. So ist auch ein komplexer Prozess wie das exakte Einschrumpfen, der aus vielen Einzelschritten besteht, in seine Einzelabläufe zerlegbar und sicher automatisierbar.

Grundlage für die Herstellung von Werkzeugen sind die CAD/CAM-Daten aus der Konstruktion oder direkt aus der NUMROTO Steuerung. Aus diesen Daten werden am Arbeitsplatz der Werkzeugkonstrukteure oder bei der Arbeitsvorbereitung Schleifprogramme generiert, die an die Schleifmaschinen geschickt werden. Die gefertigten Werkzeuge sind das Ergebnis aus diesen Schleifprogrammen. Richtig eingestellte und vermessene Schleifscheiben und Schleifscheibenpakete vorausgesetzt, müsste das erste der geschliffenen Werkzeuge bereits den Vorgaben entsprechen und bereits ein Gutteile sein. Müsste. Denn hier scheiden sich meistens Theorie und Praxis: Häufig weichen die Ist- und Sollwerte doch (geringfügig) voneinander ab und das Schleifprogramm muss korrigiert werden.

Messprogramme automatisch generieren

Genau an dieser Stelle setzt ZOLLER mit seiner Mess- und Prüfmaschine »genius« an. Über die NUMROTOplus-Schnittstelle liest die Software »pilot« die Werkzeugdaten direkt ein. Der Bediener entscheidet über eine Komplettmessung oder wählt über Checkboxen einzelne Parameter aus, die vermessen werden sollen. Aus diesen Angaben erstellt die Software ein umfassendes Messprogramm. Vollautomatisch und ohne Programmieraufwand.

Eine vollumfängliche Vermessung von Werkzeugen beinhaltet sowohl die Werkzeug-Stirn, die Werkzeugbrust- als auch den kompletten Umfangsbereich. Die Ermittlung der Geometriedaten erfolgt sowohl im Durchlicht als auch im Auflicht. Zu den messbaren Parametern zählen neben den unterschiedlichsten Winkeln, Radien und Fasen auch Durchmesser, Stirngeometrien, Steigungen oder Verjüngungen bis hin zum Hinterschliff. Das Werkzeugspektrum reicht von Fräsern über Bohrer bis hin zu Stufenbohrern.

Das Messprogramm steht dann den Vorgaben gemäß für das Vermessen des Werkzeugs zur Verfügung.

Werkzeug einsetzen und ganzheitlich vermessen

Der Prototyp des in der Schleifmaschine gefertigten Werkzeugs wird direkt in die Prüf- und Messmaschine eingesetzt und der Bediener startet den Messablauf per Knopfdruck. Das Messen sowie die Auswertung erfolgen dann automatisch. Die Ergebnisse werden anschließend auf dem Bildschirm ausgegeben und können ausgedruckt oder gespeichert werden.

Istdaten per NUMROTOplus-Schnittstelle an die Schleifmaschine zurücksenden

Nun kommt der besondere Clou: Da in dem Schleifprogramm die Sollwerte angegeben sind, die ZOLLER-Prüf- und Messmaschine aber die Istwerte ermittelt hat, kann die »pilot«-Software diese Differenz zwischen Soll- und Istwert direkt darstellen und konkret angegeben. Ist der Istwert gegenüber dem Sollwert zu klein, weil zu viel Material abgetragen wurde, muss die Schleifscheibe an dieser Stelle weniger Arbeit verrichten und weniger Material vom Rohling abtragen. Ist dagegen der Istwert gegenüber dem Sollwert zu groß, ist nicht genug Material abgetragen worden. Um sämtliche Abweichungen beim Schleifen der Werkzeuge auszumerzen, muss das Schleifprogramm also gerade invers zu den festgestellten Fehlern korrigiert werden.

Diese Istdaten sendet das Prüf- und Messgerät über die NUMROTOplus-Schnittstelle wieder an die Schleifmaschine zurück. In der Steuerung der Schleifmaschine werden die Abweichungen zwischen Soll- und Istwert direkt angezeigt. Auf dieser Basis entscheidet der Bediener direkt an der Maschine, ob sämtliche Werte „automatisch korrigiert“, also alle Parameteränderungen von der Schleifmaschine übernommen werden und die Logik der Schleifmaschine die Korrektur vornimmt, oder ob er selbst korrigierend eingreift.

Wird nun das nächste Werkzeug mit den überarbeiteten Schleifparametern aus einem Rohling gefertigt, wird er ebenfalls in dem Prüf- und Messgerät vermessen. Der Messablauf ist noch hinterlegt und kann jederzeit abgerufen werden. Bei diesem zweiten Werkzeug liegen die ermittelten Parameter normalerweise bereits in der Toleranz und schon dieses zweite Werkzeug kann als Gutteil deklariert werden.

Protokollierung von Messergebnissen

Ob Erstbemusterung oder Serienfertigung: Um die Qualität der Werkzeuge festzustellen und die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten sind immer wieder Messungen notwendig – und natürlich die Protokollierung der Messergebisse. Diese können in Einzel- und Sammelprotokollen dargestellt werden. Das Softwaremodul »apus« erlaubt hier sogar, die Prüfprotokolle zu individualisieren und den jeweiligen Anforderungen entsprechend anzupassen – in Inhalt und Layout.

In der Serienfertigung kann dieses Vermessen der Werkzeuge entweder stichprobenartig, gemäß einem vorgegebenen Prüfplan oder vollumfänglich für jedes einzelne Werkzeug erfolgen. Der Messablauf ist in jedem Fall automatisch.

Messung automatisieren

Bei einem besonders hohen Werkzeugdurchsatz bietet sich die automatische Prüfung mit Roboterunterstützung an. Hierzu lässt sich das Automatisierungsmodul »roboset 2« an die Prüf- und Messmaschine »genius« anbinden.

Die zu prüfenden Werkzeuge werden auf Paletten zugeführt und dann vollautomatisch vermessen. Ein Roboter greift ein Werkzeug und setzt es in das Prüf- und Messgerät ein, woraufhin vollautomatisch der gesamte Messablauf startet. Nachdem sämtliche Daten ermittelt sind und einer Toleranzprüfung unterzogen wurden, entnimmt der Roboter das Werkzeug und klassifiziert dieses als Gut- oder Schlechtteil. Selbstverständlich liegen die Messwerte für jedes einzelne geprüfte Werkzeug vor und können entsprechend zugeordnet werden. Ebenso ist die Ausgabe der gesamten Charge als Sammelprotokoll möglich. Der gesamte Prüfablauf erfolgt vollautomatisch ohne Eingriff durch Menschen und kann auch 24/7 laufen. Eine integrierte Beschriftungsstation kann die vermessenen Werkzeuge auch gleich beschriften, auf Wunsch sogar individuell.

Die Auslieferung der Werkzeuge erfolgt dann inklusive ZOLLER-Prüfprotokoll, was der Qualitätssicherung beim Werkzeugnutzer dient.

Werkzeuge automatisch nachschleifen

Was bei der Werkzeugherstellung recht ist, ist beim Nachschleifen von Werkzeugen ja nur billig: Im Wareneingang des Werkzeugschleifers werden die nachzuschleifenden Werkzeuge in die Messmaschine eingesetzt. Die Auswahl des Messprogramms erfolgt mithilfe der Softwarefunktion »elephant«: Der Bediener wählt die Werkzeuggeometrie des Fräsers, Bohrers oder Stufenbohrers aus einer Fotoauswahl verschiedener Werkzeuge und das Messprogramm startet automatisch. Die Werkzeug-Istdaten werden direkt im NUMROTOplus-kompatiblen Format an die Schleifmaschinensteuerung übertragen.

Rüstzeitoptimierung durch Schleifscheibenvermessung

Ebenso wie Werkzeuge lassen sich in der Mess- und Prüfmaschine »genius« auch Schleifscheiben vermessen. Die Schleifscheiben und Schleifscheibenpakte werden in die Aufnahmespindel des »genius« eingesetzt. In der Software sind sämtliche Schleifscheibentypen nach FEPA-Norm hinterlegt. Der Bediener wählt die entsprechenden Schleifscheiben anhand des fotorealen Eingabedialogs aus und das Messprogramm, basierend auf hinterlegten Messabläufen, wird gestartet.

Auch die Messdaten der Schleifscheiben werden ebenso wie die Schleifparameter direkt an die Maschinensteuerung übertragen. Die Rüstzeiten in den Schleifmaschinen reduzieren sich dabei auf das Auswechseln der Schleifscheibenpakete. Eine weitere Überprüfung der Geometriedaten der Schleifscheiben ist nicht notwendig.
Über die

Der Einstell- und Messgerätehersteller ZOLLER aus dem schwäbischen Pleidelsheim bei Stuttgart rüstet seine Prüf- und Messgeräte deshalb mit einem schwenkbaren Optikträger aus. Der Optikträger wird auf die Steigung eingeschwenkt und steht damit senkrecht auf dem Zahnquerschnitt. So kann jeder Zahn exakt und verzerrungsfrei in seinen Außenkonturen vermessen werden.

Gewindewerkzeuge – ein Mix aus Vorgaben

Metrische Gewinde, Zollgewinde, Whitworth-Rohrgewinde, rechts- oder linksdrehende Gewinde, Spitzgewinde, Sägegewinde, Trapezgewinde, ein- oder mehrgängig – allein dieser kurze Abriss lässt erahnen, wie weitläufig das Thema Gewinde und dessen Beschreibung ist. Und hier sind die unterschiedlichen Messparameter noch gar nicht erwähnt. Wesentliche Messparameter eines Gewindes sind der Nenn-, Kern- und Flankendurchmesser sowie Steigung und Steigungswinkel, Teilung und Flankenform sowie der Anschnitt und die Verjüngung. Eine besondere Herausforderung bei der optischen Vermessung stellt die Steigung dar: Werden die einzelnen Zähne senkrecht zur Werkzeugachse vermessen, kommt es aufgrund der Steigung zu Verzerrungen in der Darstellung. Um diese zu eliminieren, muss die Optik um den Steigungswinkel zum Werkzeug eingeschwenkt werden. So ergibt sich eine senkrechte Einstrahlung zur Zahnflanke und damit eine verzerrungsfreie und exakt auswertbare Darstellung der erzeugten Werkzeuge.

Gewinde korrekt vermessen: mit »threadCheck« und »hobCheck« von ZOLLER

Die E. ZOLLER GmbH & Co. KG bietet mit seinen Mess- und Prüfgeräten »threadCheck« und »hobCheck« eine Lösung zum ganzheitlichen Vermessen von steigungsbehafteten Werkzeugen wie Gewindewerkzeuge und Wälzfräser – und auch aller anderen Werkzeuge für die zerspanende Fertigung. »threadCheck« und »hobCheck« zeichnen sich gegenüber anderen Messmaschinen durch eine zusätzliche sechste CNC-Achse aus, an der der Optikträger montiert ist. Dieser wird zum Vermessen von steigungsbehafteten Werkzeugen per CNC-Achse auf den Steigungswinkel eingeschwenkt und strahlt so senkrecht auf die Zahnfläche ein.

Optische Messtechnik ist berührungslos. Sie benötigt keinen Messtaster, sondern kann Geometrien und Oberflächen auf der Grundlage von aufgenommenen Bildern vermessen und auf deren Abmessungen rückschließen. Das birgt verschiedenste Vorteile: Optiken können nicht verschleißen oder sich abnutzen wie Messtaster, deren Tastspitze durch mechanische Einwirkungen zerstört werden könnten und so zu verzerrten Messergebnissen führen. Optisch lassen sich auch extrem kleine Konturen darstellen und vermessen, die mit einem Messtaster gar nicht erreichbar sind. Und optische Messtechnik hinterlässt keine Spuren auf der Oberfläche des Messobjektes, was bei einem Messtaster nicht ausbleibt. Zudem machen automatisierte Messabläufe die optischen Messungen bedienerunabhängig und reproduzierbar – mit Wiederholgenauigkeiten im μm-Bereich.

Durch die umfangreichen Auswertemöglichkeiten der hinterlegten Messgerätesoftware »pilot« lassen sich sämtliche Parameter darstellen und auswerten – bis hin zur konventionellen Drei-Draht-Messmethode. Dieses übliche mechanische Verfahren zur Bestimmung des Flankendurchmessers – und durch die gegenseitige Abhängigkeit auch der Steigung und des Teilflankenwinkels – wird mithilfe der Software simuliert: In die vermessenen Zähne wird aus der Vorgabe der Gewindegröße der Drahtdurchmesser automatisch für die Vermessung herangezogen und virtuell in das Bild der aufgenommenen Zahnflanken eingebaut. Damit ist eine Vergleichbarkeit zwischen dem optischen und mechanischen Messverfahren gegeben.

Messabläufe automatisch generieren

Auf der Grundlage von CAD/CAM-Daten wird das Schleifprogramm für die Werkzeuge erstellt, simuliert und dann auf die Maschine übertragen. Diese Daten können dank entsprechender Schnittstellen auch verwendet werden, um auf dem Mess- und Prüfgerät einen Messablauf zu generieren. Bereits in der Arbeitsvorbereitung werden diese Daten in das externe virtuelle Messsystem »caz« – Computer Aided ZOLLER – eingelesen. Das System generiert aus diesen Daten einen Messablauf, der ebenfalls vorab simuliert werden kann. Dabei kann der Bediener wählen, ob das Werkzeug ganzheitlich oder ob einzelne ausgewählte Parameter vermessen werden sollen. Hinterlegte Gewindetabellen vereinfachen die Dateneingabe zudem. Bereits im Vorfeld lässt sich so die Maßhaltigkeit des Werkzeugs unabhängig von einem Rohling sowie von Maschinenzeiten an der Schleif- und Prüfmaschine validieren.

Fallen sowohl die Simulation des Schleif- als auch des Messvorgangs positiv aus, kann aus den generierten CAD/CAM-Daten der Schleifablauf an die Schleifmaschine gesendet werden, die aus einem Rohling das Werkzeug fertigt. Parallel wird der vorab generierte Messablauf an die Prüf- und Messmaschine gesendet. Ist der Prototyp des Werkzeugs gefertigt, wird das Werkzeug entsprechend dem vorab erstellten Messablauf automatisch vermessen.

Damit kann auch die Dokumentation – Layout, Logos, Messparameter, Grafiken – bereits im Vorfeld vorbereitet werden und sie wird im Rahmen der Messung nur noch mit Istwerten gefüllt.

Bereits das zweite Fertigungsteil ist ein Gutteil

Aus den gemessenen Ist-Werten und den der Steuerung der Prüf- und Messmaschine bekannten Sollwerten kann die Messgerätesoftware »pilot« Abweichungen zwischen beiden Angaben feststellen und mithilfe der Softwarefunktion »lasso« optisch darstellen. Parallel können mithilfe der Softwarefunktion »coCon« die Abweichungen der Schleifmaschine zum Sollwert herausgerechnet werden: Ist zu wenig Material abgetragen, muss die Schleifscheibe für das optimale Ergebnis tiefer in den Rohling eindringen, ist der Schleifabtrag zu groß, muss für korrekte Ergebnisse weniger abgetragen werden.

Mithilfe von Schnittstellen zwischen der Mess- und Prüfmaschine sowie der Schleifmaschine können diese Daten wieder an die Schleifmaschine rückübertragen werden. Dort passt die Schleifmaschinensteuerung die Daten des Schleifvorgangs entsprechend an und das nächste erzeugte Werkzeug ist bereits ein Gutteil. Das Nachmessen erfolgt wiederum auf der Prüf- und Messmaschine mithilfe des bereits generierten und hinterlegten Messablaufs.

Serienmäßig automatisiert messen

Sollen serienmäßig hergestellte Werkzeuge zu 100% ganzheitlich und rückverfolgbar geprüft werden, bietet sich eine Automatisierungslösung an. »roboset« ist eine Roboteranbindung an das Prüf- und Messgerät, das die in Paletten angelieferten Werkzeuge automatisch entnimmt, in das Prüf- und Messgerät einsetzt und den Messvorgang startet. Eine Reinigungsstation vorab und eine anschließende Laserbeschriftung ergänzen den Prüfablauf. Nach Entnahme des Werkzeugs durch den Roboter sind nicht nur die individuellen Werkzeugdaten in der Werkzeugdatenbank abgelegt und gespeichert, sondern die Werkzeuge sind auch noch nach Gut- und Schlechtteilen bzw. abhängig von den vorgewählten Toleranzwerten sortiert. So kann das Prüf- und Messgerät beispielsweise über Nacht die zu prüfenden Serienwerkzeuge vermessen und tagsüber für individuelle Messaufgaben oder für das Einstellen der Schleifscheiben eingesetzt werden.

Schleifscheiben – die Grundlage der Schleifergebnisse

Wichtigstes Werkzeug für Werkzeughersteller sind Schleifscheiben. Ihre Position und Ausrichtung ist ausschlaggebend für die Ergebnisse der geschliffenen Werkzeuge. Die ZOLLER-Mess- und Prüfgeräte können nicht nur die gefertigten Werkzeuge analysieren, sondern auch Schleifscheiben und Schleifscheibenpakete vermessen. Auch diese Daten können direkt zwischen der Schleif- und Prüfmaschine ausgetauscht werden und helfen, die Qualität der zu fertigenden Werkzeuge von Anfang an zu erreichen und zu erhalten. Zudem erhöhen die außerhalb der Schleifmaschine vermessenen Schleifscheiben die Maschinenlaufzeit und optimieren die Rüstzeit – ein deutlicher Beitrag zu mehr Wirtschaftlichkeit.

In einem speziellen Messprogramm können mit Geräten von ZOLLER sämtliche Schleifscheiben und Schleifscheibenpakete direkt nach FEPA-Norm vermessen werden. Die Schleifscheiben werden in einem fotorealen Eingabedialog einfach ausgewählt, anschließend erfolgt die Vermessung ebenfalls automatisch und bedienerunabhängig. Diese Messwerte können an die Schleifmaschine übertragen werden und den Schleifprozess kann mit den korrekten Schleifscheibenparametern starten.

Ordnung in den Werkzeugen

Neben einer Ordnung in den Werkzeugdaten durch hinterlegte und jederzeit abrufbare Schleif- und Messabläufe sowie Werkzeug- und Schleifscheibendaten helfen die Lagersysteme von ZOLLER, die realen Werkzeuge zu lagern und zu ordnen. Dabei sind die Systemlösungen sowohl für Werkzeughersteller als auch für Werkzeugnutzer gleichermaßen effektiv und sinnvoll.

Der Werkzeuglagerschrank »keeper« kann wahlweise Schleifscheibenpakete oder Komplettwerkzeuge aufnehmen und lagern. Das Besondere an den Lagersystemen von ZOLLER ist die Einbindung in das Werkzeugmanagementsystem ZOLLER TMS Tool Management Solutions. Hier ist jedem Werkzeug oder auch den Schleifscheiben und Schleifscheibenpaketen jeweils ein fester Platz zugeordnet, der in der Software jederzeit abrufbar ist. Somit ist stets transparent, wo sich welches Werkzeug befindet.

Ähnliches gilt für die Lagerung im ZOLLER-Werkzeugschrank »toolOrganizer«. Dieser Schubladenschrank kann individuell konfiguriert und auch mit verriegelbaren Einzelfächern ausgestattet werden. Durch die Anbindung an die Werkzeugverwaltungssoftware TMS Tool Management Solutions ist auch hier die Transparenz über die Werkzeug- und Schleifscheibenbestände jederzeit gegeben.

Werkzeughersteller können diesen Schrank mit seiner Einzelfachverriegelung auch als Konsignationslager nutzen. Durch die elektronische Bestandsüberwachung ist für beide Parteien – Werkzeughersteller und Endkunden – jeweils der aktuell verfügbare Werkzeugbestand bekannt. Werkzeughersteller können Werkzeuge bedarfsgerecht nachfüllen und Endkunden können sicher sein, stets die benötigten Werkzeuge vor Ort verfügbar zu haben – die Bezahlung erfolgt erst bei Entnahme. So kommt es nicht zu Maschinenstillstand aufgrund fehlender Werkzeuge. Hinterlegt werden können auch Mindestbestände, sodass eine entsprechende Meldung bei den Werkzeugherstellern eingeht und die Verfügbarkeit der Werkzeuge wieder gesichert werden kann.

Für moderne CNC-Bearbeitungsmaschinen für die zerspanende Fertigung sind Werkzeugdaten mindestens so wichtig wie das reale Werkzeug, das nachher die Arbeit verrichtet. Denn mithilfe der virtuellen Werkzeugdaten lässt sich bereits im Vorfeld der gesamte Fertigungsablauf abbilden und auch simulieren, was das reale Werkzeug später tatsächlich durchführt. Damit sind auch Werkzeugdaten Werkzeuge, mit denen gearbeitet wird.

Reale Werkzeuge und Werkzeugdaten – eine Einheit

Bereits bei der Konstruktion und der Arbeitsvorbereitung im CAD/CAM-System wird anhand der Werkzeugdaten der gesamte Fertigungsablauf simuliert. Das reale Bauteil kann aber nur den Vorgaben entsprechend gefertigt werden, wenn die realen und die virtuellen Werkzeugdaten übereinstimmen. Die realen Geometriedaten der in der Werkzeugvorbereitung montierten Werkzeuge können hauptzeitparallel an einem Einstell- und Messgerät ermittelt werden. Diese Werkzeugdaten werden an der Maschine eingelesen und stehen dem System zur Verfügung. Damit entfallen sämtliche Einstellarbeiten an den Werkzeugmaschinen, was die Maschinenlaufzeit erhöht.

Das automatisierte Ermitteln der aktuellen Werkzeugdaten, der Datentransfer an die Maschine und auch die Werkzeugmontage – für all diese Bereiche hat der Einstell- und Messgerätehersteller ZOLLER aus dem schwäbischen Pleidelsheim bei Stuttgart unterschiedlichste Lösungskonzepte entwickelt.

Werkzeuge nonstop prüfen – vollautomatisch

Insbesondere für Werkzeughersteller sind die automatisierten Komplettsysteme wie die Prüf- und Messmaschinen »genius« oder »titan« von besonderem Interesse. Die gefertigten Werkzeuge werden auf Paletten zugeführt und dann vollautomatisch vermessen. Roboter greifen die Werkzeuge und setzen sie in das Prüf- und Messgerät ein, woraufhin vollautomatisch der gesamte Messablauf startet. Nachdem sämtliche Daten ermittelt sind, entnimmt der Roboter das Werkzeug und kann es auch noch als Gut- oder Schlechtteil bzw. mit entsprechender Toleranz behaftet zuordnen. Sollen die Schlechtteile nachbearbeitet werden, sind diese Werkzeuge bereits vorsortiert und gesammelt. Selbstverständlich liegen die Messwerte für jedes einzelne geprüfte Werkzeug vor und können entsprechend zugeordnet werden. Ebenso ist die Ausgabe der gesamten Charge als Sammelprotokoll möglich. Der gesamte Prüfablauf erfolgt vollautomatisch ohne Eingriff durch Menschen und kann auch 24/7 laufen. Eine integrierte Beschriftungsstation kann die vermessenen
Werkzeuge auch gleich beschriften, auf Wunsch sogar individuell.

Automatische Werkzeugmontage als Teil der Fertigungslinie

Die Einbindung eines Einstell- und Messgeräts in einen gesamten automatisierten Fertigungsablauf ist ein weiterer Ansatzpunkt. Hier ist das Einschrumpfen von Werkzeugen ein prädestiniertes Verfahren, das die vollautomatische Montage von Werkzeugen erlaubt – mit einer Genauigkeit, die selbst für den Einsatz in Mehrspindelanlagen und für die Vorbereitung von Schwesterwerkzeugen ohne weiteren Datentransfer bei Werkzeugtausch mehr als ausreichend ist.

Der Anlage werden Komplettwerkzeuge zum Ausschrumpfen oder Einzelkomponenten wie Einzelwerkzeuge und Werkzeughalter auf Paletten oder anderen Lagersystemen bereitgestellt. Der Roboter entnimmt ein Komplettwerkzeug aus dem Vorrat – aufgrund der Zuordnung des Lagerplatzes zu dem Werkzeug kann er die entsprechenden Werkzeugdaten aus der Datenbank abrufen – und stellt es in die Ausschrumpfstation. Nach dem Ausschrumpfen entnimmt er Werkzeug und Werkzeughalter als Einzelkomponenten und ordnet sie für den weiteren Verbleib: Einlagerung, Wiederverwendung, Versand an die Nachschleiferei oder die Entsorgung.

Auch das Einschrumpfen von Werkzeugen erfolgt automatisiert: Der Roboter entnimmt den Werkzeughalter aus dem Vorrat und setzt ihn in das ZOLLER-Einstell- und Messgerät »redomatic« ein. Dort wird er per Induktion erhitzt. Anschließend setzt der Roboter das Werkzeug ein. Die hierbei erzielbaren Genauigkeiten in der Einschrumpflänge liegen bei 1/100 mm – und zwar reproduzierbar. Weitere Module wie eine Werkzeugreinigung ergänzen die Station.

»cora« für die Standardaufgaben im Toolroom

Gerade in Zeiten des Facharbeitermangels kann es eine enorme Zeit- und damit Kosteneinsparung sein, Standardaufgaben aus der Werkzeugbereitstellung an Roboter zu übertragen. Solche kollaborativen Roboter können im Toolroom neben dem Facharbeiter arbeiten und die Werkzeuge vermessen. »cora«, die kollaborative Roboterassistenz von ZOLLER, entnimmt das vormontierte Komplettwerkzeug aus einem Vorrat, setzt es in das ZOLLER-Einstell- und Messgerät ein und startet den Messablauf. Der Messablauf ist im System hinterlegt und wird nach der Identifikation des Werkzeugs durch einen RFID-Chip oder einen aufgebrachten Code automatisch gestartet. Anschließend werden die Messwerte wieder in der Werkzeugdatenbank abgelegt und können später an der Werkzeugmaschine eingelesen werden. »cora« entnimmt das Werkzeug und lagert es in ein Lagersystem oder einen bereitstehenden Werkzeugwagen ein.

Neben einem rein statischen Einsatz der »cora« in räumlicher Nähe zu einer Bevorratung und einem Einstell- und Messgerät ist auf Dauer auch eine mobile Tätigkeit denkbar: In den ZOLLER-Lagersystemen Smart Cabinets ist jedem Werkzeug ein fest definierter Platz zugewiesen und hinterlegt. »cora« kann diese Schränke anfahren, selbstständig öffnen und die entsprechende Komponenten oder das Komplettwerkzeug entnehmen und per Werkzeugwagen transportieren – zum Einstell- und Messgerät oder direkt zur Maschine. Weitere denkbare automatisierte Hilfen wie Einschraubstationen erlauben es, immer mehr Standardaufgaben auf die kollaborativen Roboter zu übertragen.

Entsprechend hoch sind die Anforderungen bei der Herstellung dieser Komponenten, die häufig auf Langdrehmaschinen hergestellt werden. Optimal eingestellte Werkzeuge insbesondere bei der Spitzenhöhe sind die Grundlage für perfekte Fertigungsergebnisse. Mit dem Einstell- und Messgerät »hyperion« von ZOLLER, dem Experten für das Einstellen, Messen, Prüfen und Verwalten von zerspanenden Werkzeugen, lassen sich sämtliche Werkzeuge für die TRAUB TNL-Maschinenbaureihe der INDEX-Gruppe einstellen.

Drehwerkzeuge von der Rolle

Werkzeugwechsel an dem Linearschlitten von Langdrehautomaten sind immer eine besonders mühselige Aufgabe: Wenig Platz und schlechte Zugänglichkeit gehören häufig zum Standard. Für das Herstellen kleiner Teile wird nicht viel Bauraum benötigt. Leidtragender ist der Bediener. Doch inzwischen gibt es diverse Wechselsysteme, die das Einstellen und Vermessen der Werkzeuge außerhalb des Drehautomaten ermöglichen und damit die Arbeit erleichtern.

Ein besonderer Coup ist den Ingenieuren des Drehautomatenherstellers INDEX mit der TRAUB TNL-Baureihe gelungen: Bei diesen Langdrehautomaten ist der Linearschlitten als Revolver mit CNCRundachse ausgeführt. Durch die besondere Anordnung der Werkzeuge finden auf einer effektiven Länge von bis zu 1444 Millimeter bis zu 24 Zerspanungswerkzeuge Platz. Dabei hat der Revolver gerade mal einen Radius von rund 180 mm (TRAUB TNL20) bzw. 250 mm (TRAUB TNL32). Er besitzt acht bzw. zehn Stationen zur Aufnahme von Werkzeugen, wobei in einer Werkzeugaufnahme bis zu drei Werkzeuge eingebaut sein können. Der besondere Vorteil dieser Werkzeugaufnahme ist der schnelle Werkzeugwechsel von Span zu Span. Denn die CNC-Rundachse kann jede beliebige Winkelposition hochgenau und in kurzer Zeit anfahren und so die Werkzeugposition exakt einstellen – sofern diese bekannt ist.

Von Millimeter nach Grad

Üblicherweise ist auf einem Linearschlitten für jedes Werkzeug ein fester Ort auf der metrischen Skala definiert. Diese Position wird mit dem Linearschlitten angefahren und das entsprechende Werkzeug kann zugestellt werden.

Ist die Linearachse wie bei der TRAUB TNL-Baureihe als CNC-Rundachse ausgeführt, muss das metrische Maß in einen Winkel umgerechnet werden. Die acht Werkzeugstationen sind auf dem Revolver um jeweils 45° versetzt zueinander angeordnet. Um ein Werkzeug anzuwählen, wird bei der Rundachse nun ein Winkel angegeben. Für den sechsten Werkzeughalter beispielsweise fährt die Rundachse den Wert 225° an. Das entspricht auf dem Linearschlitten beispielsweise der Position 765 Millimeter.

Spitzenhöhe exakt einstellen

Ob die Spitzenhöhe des Drehwerkzeugs auch tatsächlich bei den 225,000° der CNC-Rundachse liegt – in dieser Genauigkeit kann die Rundachse die Winkelposition anfahren –, kann ausschließlich durch einen Probeschnitt ermittelt werden – oder eine direkte Messung des Drehwerkzeugs an einem externen Einstell- und Messgerät. Hierfür wird die Werkzeugaufnahme in eine speziell für TRAUB TNL Maschinen konzipierte Aufnahme des horizontalen Einstell- und Messgerätes »hyperion« von ZOLLER eingesetzt. Die Aufnahme auf dem Revolvertisch des »hyperion« ist exakt der Revolveraufnahme der TRAUB Langdrehautomaten nachempfunden. So kann die Spitzenhöhe des Drehwerkzeugs aufs hundertstel Grad genau vermessen werden.

Anschließend werden diese Daten direkt an die Steuerung der Maschine übertragen. Fehler bei der Datenübertragung sind ausgeschlossen, die Werkzeuge werden mithilfe der CNC-Rundachse exakt positioniert und die Bearbeitungsergebnisse sind perfekt.

Drei Werkzeuge auf einen Streich

Besonders komplex ist das Vermessen der Spitzenhöhe bei den Dreifachwerkzeugen. Auf den Werkzeughaltern ist die mittlere Position mit 0° angegeben, die beiden anderen Positionen mit beispielsweise ± 13°. Da jedoch auch die verwendeten Komponenten wie Werkzeughalter, Klemmhalter und Schneidplatten Toleranzen unterliegen, kommt es im realen Fertigungsalltag hierdurch zu Abweichungen, die eine exakte Vermessung der realen Spitzenhöhe eines Werkzeuges bedingen. Eine Toleranz von 1° bei einem Abstand von 200 Millimeter zwischen dem Ursprung der Rotationsachse und der Schneidplattenkante entspricht mehr als 0,3 mm am Umfang – viel zu viel für filigrane Präzisionsteile. Deshalb ist eine genauere Vermessung der Spitzenhöhe notwendig.

Der entsprechende vermessene Winkel wird dann an die Steuerung übertragen und die CNC-Rundachse kann den korrekten Wert anfahren. Das Werkzeug wurde zuvor in dem radial ausgeführten Werkzeughalter korrekt in seinen Koordinaten Z, X und Winkelwert für die Spitzenhöhe vermessen. Genau diese Werte kann die Maschine automatisch anfahren und sofort maßhaltige Teile fertigen – ein weiteres Zustellen in Y-Richtung ist nicht notwendig. Damit noch schneller von Span zu Span, da nur die eine CNC-Achse automatisch verstellt werden muss und dann alles passt.

Gute Gründe für exakte Messungen

Nur exakt eingestellte Drehwerkzeuge können exakte Bauteile fertigen. Und je kleiner ein Bauteil ist, desto stärker schlagen Abweichungen relativ zubuche. Die Folgen falsch eingestellter Werkzeuge sind weitreichend: Bleibt bei „untermittig“ eingestellten Werkzeugen beim Plandrehen ein Butzen stehen, wird das Werkzeug bei „übermittiger“ Einstellung ohne ausreichenden Freiwinkel eingesetzt. Die Folge ist eine drastisch verminderte Werkzeugstandzeit, da die Platte an der Schneide bereits nach kurzen Nutzungszeiten wegplatzt. Das hat wiederum Maschinenstillstandszeiten sowie erhöhte Werkzeugkosten zur Folge, abgesehen von der verminderten Fertigungsqualität, die durch das schlechter eingestellte Werkzeug erzielt wird.

In der Medizintechnik wird häufig schwer zerspanbares Material eingesetzt wie Titan oder Inconel-Legierungen. Diese Materialien und Schneidstoffe bedürfen einer exakten Abstimmung des Gesamtsystems, um wirtschaftlich zu fertigen und die Rüstzeiten gering zu halten.

Bei der Stammberger Werkzeugbau GmbH wird eine Vielfalt hochwertiger Bauteile und Prototypen mit einem Maschinenpark von 8 CNC-Maschinen und nur 16 Mitarbeitern gefertigt. Auch sehr individuelle Kundenanfragen werden gelöst, eine hohe Flexibilität ist notwendig. Diese wettbewerbsfähig leisten zu können, ist nur mit der neuesten Technologie und einem gut organisierten, durchgängigen Prozess möglich, so Wolfgang Stammberger, Geschäftsführer bei Stammberger Werkzeugbau. „Wer vorne mit dabei sein möchte, muss die neueste Technologie einsetzen, speziell in Regionen, in denen Fachkräfte Mangelware sind“.

Grundlage: Vernetzte Fertigungselemente

So stehen in der Fertigung neben modernen 5-Achszentren von Hermle und DMG, Erodier- und Drahtschneidemaschinen und ein ZOLLER-CNC-Einstell- und Messgerät. Was man nicht sofort sieht, doch entscheidend die smarte Fertigung ermöglicht und gestaltet, ist die Vernetzung der Fertigungselemente untereinander. „Deshalb haben wir auf Lösungen von ZOLLER gesetzt – denn sie lassen sich in die bestehende Fertigung integrieren und ermöglichen einen prozesssicheren Datentransfer vom CAD/CAM-System bis an die Maschine. Das Einstellgerät und die Werkzeugverwaltungssoftware arbeiten auf Basis derselben Datenbank“. Auch ist das Einstellgerät für alle eventuellen Veränderungen gerüstet und kann jederzeit beispielsweise um Werkzeugidentifikation via RFID oder Softwaremodule für eine erweitere Werkzeugverwaltung ausgebaut werden.

Der zweite Schritt: Standardisierung

Doch kann auch die beste Technologie nur so effizient eingesetzt werden, wie es die Datenstruktur und die Fertigungsumgebung ermöglichen. Deshalb war der erste Schritt, um den Fertigungsprozess sicherer und effizienter zu gestalten, die Werkzeuge und deren Datenbasis zu standardisieren. Mit Hilfe der ZOLLER- TMS Werkzeugverwaltungssoftware wurden die vorhandenen Werkzeugdaten systematisiert und eine Datenstruktur geschaffen. Standards für die Werkzeuge bezüglich Zusammenbau, Simulation, Toleranzen und Beschaffung wurden eingeführt sowie die Kontrolle des Lagerbestandes durch konsequentes Buchen realisiert.

Dafür wurden die Werkzeuge standardisiert und nach deren Einsatzhäufigkeit in drei Gruppen aufteilt: Erstens „Standardwerkzeuge“, mit fest definierten Komponenten, Ausspannlängen und Schnittwerten, welche von der CAM-Programmierung bevorzugt genutzt werden. Eine zweite Gruppe „Komplettwerkzeuge“, welche vom Standard abweichen, jedoch mit fest definierten Komponenten, Ausspannlängen und unter Umständen Schnittwerten. Diese werden bei Bedarf von der CAM-Programmierung genutzt oder aus den vorhandenen Komponenten neu erstellt. Als dritte Gruppe „Sonderwerkzeuge“, welche nur für Spezial-Aufgaben herangezogen und damit seltener verwendet werden. Auch diese sind in der ZOLLER-Datenbank definiert.

„Somit wird immer mit klar definierten Werkzeugen gearbeitet und simuliert“ erklärt Philipp Mahr, Anwendungstechniker bei ZOLLER, „ein enormer Vorteil für CAM-Programmierung, Werkzeug-Rüster und CNCMaschinenbediener!“ Dieser Schritt ist für einen Lohnfertiger eher ungewöhnlich, doch sind bei Stammberger Werkzeugbau eine Vielfalt an Werkstoffen im Einsatz. Deshalb wird in der NC-Programmierung zuerst auf einen festen Werkzeugstamm (Standardwerkzeuge) zurückgegriffen und dieser dann, je nach Bedarf, durch weitere Werkzeuge erweitert.

Deutliche Reduktion der Werkzeugwechsel

Allein die Standardisierung der Werkzeuge bewirkte bereits eine deutliche Reduktion der Anzahl der Werkzeugwechsel an der Maschine und damit deutlich verringerte Stillstandszeiten. Denn bereits in der NC-Programmierung wurde auf Standardwerkzeuge zugegriffen – entsprechend weniger Wechsel sind an der Maschine nötig.

Kollisionsfreie Programme

Vor der Einführung der ZOLLER-Lösungen hatte Wolfang Stammberger unter anderem mit Problemen beim Rüsten zu kämpfen. Die Werkzeuge auf den Maschinen entsprachen nicht immer den Maßen, die sie hätten haben sollen. „Werkzeugaufnahme, Länge oder Durchmesser könnte abweichen und dies bedingte Ausschuss – die Teile mussten nochmals gefertigt werden“, so Stammberger, doch „wir müssen zuverlässig kollisionsfrei Programme fahren, dafür darf kein Fehler in der Prozesskette sein welcher für Stillstandzeiten sorgt, sonst nützt mir der teuerste Maschinenpark nichts“.

Durchgängige Datenübertragung

Vor einem Jahr wurden die ZOLLER Tool Management Solutions inklusive Einstell- und Messgerät in komplettem Funktionsumfang in Betrieb genommen. Seitdem ist die Prozesskette vom Auftrag bis zur Maschine durchgängig: Der Auftrag wird im CAM-System hyperMill bearbeitet, dafür können die Werkzeugdaten über die Schnittstelle aus der ZOLLER-Werkzeugdatenbank geladen werden. Im Anschluss daran wird das CNC-Programm erstellt und auf dem Server bereitgestellt, das Einrichteblatt im CAM-System erstellt und in der ZOLLER-Datenbank abgelegt, die Werkzeuge entsprechend zusammengebaut und gerüstet. Die real am Einstell- und Messgerät gemessenen Werkzeugdaten werden ebenfalls auf dem Server bereitgestellt und an den Heidenhain-Steuerungen der Hermle- und DMG-Maschinen (3- und 5-Achs-Fräszentren) mittels automatisiertem TNCremoNT von Heidenhain gesendet.

Digitale Prozesskette ermöglicht Flexibilität

„Als Lohnfertiger muss ich flexibel auf die Wünsche meiner Kunden reagieren. Deshalb habe ich die Fertigung so organisiert, dass ich auf allen Maschinen alle Teile fertigen kann“, so Stammberger. Ein wesentlicher Schritt, dies wettbewerbsfähig und auf höchsten Qualitätsniveau umsetzen zu können, ist mit der Umsetzung der digitalen Prozesskette vom CAM-System bis an die Maschine geschafft.

Ziel Automatisierung

Wie viele Unternehmen, speziell in peripheren ländlichen Gebieten, hat auch Stammberger mit Facharbeitermangel zu kämpfen. Daher ist es Ziel, den Fertigungsprozess möglichst zu automatisieren „und dafür muss sichergestellt sein, dass es zu keinen Maschinencrashs kommen kann. Die Datenstrecke vom Voreinstellgerät bis an die Maschine muss prozesssicher sein. Das kann niemand außer ZOLLER“, begründet Stammberger seine Wahl des Einstell- und Messgeräts. Natürlich ist es auch komfortabler zu handhaben, „ebenfalls ein wichtiges Argument“, erklärt Stammberger, „denn für die Bedienung benötige ich keine Fachkräfte“.

Innovation zahlt sich aus

Die Einführung der digitalen Prozesskette ist eine zeitliche und finanzielle Investition und war damit natürlich zunächst eine Hürde – vor allem bei der begrenzten Manpower im kleinen Unternehmen. „Innovativ zu sein hat sich für mich immer ausgezahlt“, begründet Stammberger den Schritt. So hat sich auch dieser Schritt ausgezahlt – denn früher waren Parallel-Strukturen vorhanden, die Werkzeugdatenbanken beispielsweise nicht vernetzt. Heute ist dies anders – die Datenbank des CAM-Systems hyperMILL ist mit ZOLLER abgeglichen. Alle Werkzeugdaten, die in der ZOLLER-Datenbank aktualisiert werden, werden auch automatisch in der hyperMill-Datenbank aktualisiert. Aufwändige, fehlerbehaftete doppelte Datenhaltung gibt es nicht mehr. Infolgedessen sind die Rüstzeiten kürzer, die Werkzeuge werden korrekt wie vom Tool Management System vorgegeben zusammengebaut, die Messdaten sind digitalisiert und werden direkt und ohne manuelle Eingabe an die Maschinen übertragen. Die Werkzeugschneiden und -halter sind standardisiert und lassen sich somit leichter identifizieren und nachbestellen. Der lange Weg von der Standardisierung der Werkzeuge bis zur durchgängigen Prozesskette lohnt sich. Wolfgang Stammberger hat auch die nächsten Schritte schon angedacht – ein elektronisch kontrollierter Lagerschrank für Neuwerkzeuge mit automatisiertem Bestellwesen würde die Prozesskette weiterführen.

4.0 – ein Thema gerade auch für kleine Unternehmen

Wolfgang Stammberger, ein Unternehmer mit Mut und Weitblick, ist sicherlich ein Pionier in puncto Digitalisierung und auf dem Weg zur smarten Fertigung. Das Unternehmen Stammberger Werkzeugbau zeigt, dass Industrie 4.0 keineswegs nur ein Thema für große Unternehmen ist sondern vielmehr gerade auch kleinen Unternehmen die Flexibilität ermöglicht, die sie für ihre Wettbewerbsfähigkeit benötigen.

Qualität nachweislich sichern

Die weltweit bewährte und bekannte Universalmessmaschine »genius« von ZOLLER ist bereits seit 2014 bei ProProTec im Einsatz. »genius« wird für die Qualitätssicherung aller Arten von Zerspanungswerkzeugen eingesetzt; in der Endkontrolle sowohl einzelner Sonderwerkzeuge als auch größerer Serien. Die Tests reichen vom schnellen Prüfen einzelner Geometrien wie der Außenkontur des Werkzeugs bis hin zur automatischen und bedienerunabhängigen Komplettkontrolle spezieller Werkzeuge. Das Angebotsportfolio von ProProTec für den weltweiten Kundenkreis umfasst über 2.000 verschiedene Präzisionswerkzeuge aus Vollhartmetall, jeweils mit einer individuellen Werkzeugauslegung. Keine Werkzeugserie verlässt ProProTec ohne dokumentierte Qualitätskontrolle an der »genius«-Universalmessmaschine. Nur so kann den hohen Ansprüchen der internationalen Kunden entsprochen werden.

„Mit »genius« können wir all das vermessen, was wir brauchen. Und zwar ganz einfach“, freut sich Thomas Reim in der täglichen Anwendung, „und wir können die Qualität der Werkzeuge dokumentieren“, ergänzt Jürgen Seethaler, Betriebsleiter bei ProProTec.

Schnelle Prüfung im laufenden Fertigungsprozess

Doch kam zunehmend Bedarf nach einer schnellen und einfachen Prüfung einzelner Werkzeuggeometrien im laufenden Fertigungsprozess auf – ergänzend zur Komplettkontrolle am »genius«. Die von ProProTec hergestellten Zerspanungswerkzeuge müssen prozessorientiert auf die Qualität einzelner Geometrien geprüft werden, um höchste Anforderungen an die Qualität der zu fertigenden Bauteile und Komponenten zu erfüllen.

Das ideale Zweitgerät

Auch die Schleifmaschinen benötigen genaue Parameter der Schleifscheiben und Spindeldaten. Mit »smile« können diese Parameter einfach, schnell und prozesssicher erfasst werden. So erfolgt nun seit 2017 bei ProProTec das Messen und Einstellen der Schleifscheiben sowie die schnelle Prüfung einzelner Werkzeugparameter direkt neben der Schleifmaschine mithilfe des ZOLLER Einstell- und Messgeräts »smile«. „»smile« ist ein sehr attraktives Werkstattgerät, das ideale Zweitgerät neben »genius«. So können die Mitarbeiter von ProProTec den stetig steigenden Anforderungen an Rundlaufgenauigkeit und reproduzierbarer Präzision von Sonder- und Standardwerkzeugen jederzeit gerecht werden.

Rüstzeiten deutlich verkürzen

Die gemessenen Parameter können sofort an die jeweilige Schleifmaschine übertragen werden. Dank der hohen Präzision sind fast keine nachträglichen Korrekturen an der Schleifmaschine notwendig. Dies bedeutet schnelleres Rüsten und damit Zeit- und Kostenersparnis im Fertigungsablauf.

Schnelle Werkzeuginspektion

Das Einstellgerät »smile« wird bei ProProTec nicht nur für das Einstellen und Messen von Zerspanungswerkzeugen und von Schleifscheiben eingesetzt, sondern auch für die schnelle Werkzeuginspektion im Fertigungsprozess. Deshalb steht es auch dort, wo es gebraucht wird – direkt neben den Maschinen. Für die Werkzeuginspektion ist das Gerät zusätzlich mit einer schwenkbaren Auflichtkamera und der Werkzeuganalysesoftware »metis« ausgestattet. So werden Verschleiß und Ausbrüche direkt in der Werkstatt erkannt und Werkzeugoptimierungen durchgefohrt und dokumentiert. Da es sich direkt neben den Schleifmaschinen befindet, sind die Laufwege kurz. Die Bedienung des Gerätes mit der Schnellverstellung und der Handrad-Feinverstellung ist sehr einfach und präzise. Durch die vertikale Werkzeugspannung wie am »genius« ist der Ablauf für die Anwender bereits bekannt.

Hinzu kommt das einheitliche Bedienkonzept, die Softwareoberfläche »pilot 3.0« von ZOLLER – ein ausschlaggebender Grund für »smile«, denn „kann man eines bedienen, kann man alle Geräte mit der
Bildverarbeitungssoftware »pilot« bedienen“ – so Reim.

Durchgängiges Bedienkonzept

So wie seinerzeit die einfache Bedienung der »genius« das ausschlaggebende Argument war, sich für ZOLLER zu entscheiden, so gilt das auch für »smile«: Die Mitarbeiter konnten das Gerät gleich bedienen „ohne nach Menüs, Buttons oder Funktionen suchen zu müssen. »smile« ist die richtige Ergänzung zu »genius«“, bestätigt Seethaler seine Entscheidung.

Ausbaufähige Software

Die anwenderfreundliche Bedienung ist der Bildverarbeitungssoftware »pilot 3.0« geschuldet. »pilot 3.0« deckt die gesamte Bandbreite vom Messen und Prüfen bis hin zur Werkzeugverwaltung ab und ermöglicht eine effiziente und geräteübergreifend einheitliche Dokumentation. Die Messfunktionen können dem individuellen Bedarf angepasst und erweitert werden, denn die Software ist modular aufgebaut. Die selbsterklärende Softwareoberfläche mit grafischen Menü-Buttons und Hilfefunktionen sorgt für schnelle Orientierung und einfache Anwendung.

Einheitliche Protokollierung

Sowohl am »smile« als auch am »genius« können Prüfprotokolle ausgegeben werden – und zwar wahlweise als separates Protokoll für jedes einzelne Werkzeug oder als Sammelprotokoll für komplette Chargen, wenn Komplettmessungen für die Serienfertigung durchgeführt werden. Diese Dokumentation ist ein wichtiger Schritt, um den weiter steigenden Qualitätsanforderungen bei ProProTec gerecht zu werden.

„Vom ersten Tag an liefen beide Geräte wie am Schnürchen und ohne Probleme“, versichert Seethaler. Sollte es doch einmal Anfragen an den Service geben, so ist „dieser bei ZOLLER jederzeit erreichbar und unterstützt uns kompetent“, ergänzt Reim.

So sind die Werkstattlösung »smile« und die Universalmessmaschine »genius« bei ProProTec perfekt kombiniert – und sorgen im Doppelpack für nachweisbar mehr Wirtschaftlichkeit in der Fertigung.