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Neue Tools machen möglich, wovon produzierende Betriebe schon lange träumen: Sie verhindern Fehler. «Technik und Wissen» stellt einige solcher Tools vor, die helfen können, Fehler zu vermeiden und ein Schritt hin zur Null-Fehler-Produktion sind. Autor: Eugen Albisser
Diese Tools stellen die Firmen vor
Mit Vorgabekraft adaptiv auf Rohmaterial reagieren
Firma: Agathon
Sparte: Schleifen
Technologie: Adaptiver Vorschub
(Bild: Agathon)
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Wir haben einen adaptiven Vorschub für autonomes Schleifen im Programm.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Auf Variationen im Rohmaterial des Werkstücks sowie auch in der Schleifscheibe wird adaptiv reagiert. Dadurch werden prozessbedingte Fehler wie Schleifbrand, verminderte Oberflächengüte oder erhöhter Schleifscheibenverschleiss vermieden. Die Folge: Die Konsistenz der geschliffenen Werkstücke wird erhöht, was auch Fehler und Streuung in nachgelagerten Prozessen reduziert.
Wie funktioniert das Tool?
Anstatt einer fixen Vorschubgeschwindigkeit wird eine Vorgabekraft programmiert. Der Vorschub wird innerhalb eines definierten Bereiches autonom geregelt, um die Vorgabekraft stabil zu halten. So wird nicht nur die Prozesssicherheit erhöht, sondern auch die Zykluszeit optimiert.
Wer soll oder kann das Tool einsetzen?
Die Option ist auf allen Agathon-Maschinen der Generation AGC 5.X verfügbar und kann einfach nachgerüstet werden.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Reibahlen mit EasyAdjust-System werden eingesetzt für Fertigbearbeitungen mit höchsten Ansprüchen an die Genauigkeit. Die Werkzeuge sind grundsätzlich mit einstellbaren Wendeschneidplatten und Führungsleisten nach dem Mapal-Prinzip ausgestattet. Um Einstellfehler in der Anwendung auf ein Minimum zu reduzieren, steht im Mittelpunkt des Systems eine Kassette, die die sechs- respektive vierschneidigen Wendeschneidplatten spielfrei aufnimmt. Die Verjüngung der Nebenschneide ist bereits in die Kassette integriert, somit entfällt dieser Einstellaufwand.
Wie funktioniert das Tool?
Führungsleisten am Werkzeugumfang führen das Werkzeug in der Bohrung, feinfühlig justierbare, präzisionsgeschliffene Wendeschneidplatten ermöglichen es, die gewünschten Durchmesser µ-genau ab dem ersten Teil zu produzieren. Durch die Integration der Verjüngung in eine Kassette entfällt dieser Einstellaufwand. Die exakte Führung der Kassette auf einem Präzisionsführungsstift stellt sicher, dass die Verjüngung auch während der Durchmessereinstellung unverändert bleibt.
Wer soll oder kann das Tool einsetzen?
Werkzeuge mit EasyAdjust-System sind für Reiboperationen ab einem Durchmesser von 20 mm einsetzbar.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Das Konzept «hexalobe» von Mikron Tool zur Bearbeitung von Torx-Sitzen. Es besteht aus einem Kombibohrer, einem Fräser, einer perfekt darauf abgestimmten Bearbeitungsstrategie und maximal abgestimmten Parametern; das genügt für ein perfektes Bearbeiten der Torx-Sitze bei medizinischen Schrauben aus Titan oder rostfreiem Stahl.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Mikron Tool hat mit «hexalobe» eine schlüsselfertige Lösung entwickelt, welche die Bearbeitung von Innensechsrund-Prägungen um 50 % schneller macht, eine hohe Masshaltigkeit des Profils garantiert und ein nahezu gratfreies Resultat liefert. Damit reduzieren sich die Mängel, die häufig bei der Fertigung der Schrauben auftreten, auf ein Minimum.
Wie funktioniert das Tool?
«hexalobe» ist eine Lösung, die wir für einen bedeutenden Hersteller von Schrauben aus Titan entwickelten, mit dem Anspruch, die Zykluszeit auf seiner Maschine zu verbessern, die Prozessstabilität zu erhöhen und die Profilmasshaltigkeit auch bei langer Standzeit der Werkzeuge zu garantieren. Neben neuen Werkzeugen – Kombibohrer und Fräser – war es auch wichtig, den geeignetsten Prozess und die optimalen Parameter zu definieren. Denn nur im Zusammenspiel all dieser Faktoren ist eine wesentliche Optimierung und die Fertigung einer fehlerfreien Innensechsrund-Prägung mit Fokus auf Profiltreue, perfekte Oberfläche und minimale Gratbildung möglich.
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Ausführliche Antwort Wie funktioniert die Lösung «hexalobe»
Eine gut durchdachte Strategie ist von Anfang an in die Entwicklung einzubeziehen, denn die Auslegung der Werkzeuge hängt massgeblich von ihrem Einsatz ab. Als besonders effizient hat sich das Vorgehen erwiesen, welches auch mit einem Minimum an Werkzeugen auskommt.
Titan oder Inox?
90 % aller medizinischen Schrauben sind aus Titan oder rostfreiem Stahl. Diese Materialien unterscheiden sich in ihrem Zerspanungsverhalten so, dass sie getrennt zu betrachten sind. Besonders Titan mit seiner hohen Elastizität führt zu einer hohen Schneidenbelastung und verlangt deshalb eine andere Zusammensetzung beim Hartmetall. Unterschiedlich sind auch die Bearbeitungsprozesse: Während das Fräsen von Titan mit Spiralinterpolation oder seitlichem Fräsen möglich ist, empfiehlt Mikron Tool bei rostfreien Stählen nur das Wandungsfräsen. Auch wenn dieser Prozess etwas mehr Zeit beansprucht.
Eine durchdachte Strategie und Kombiwerkzeuge machen die Sache perfekt
Stufenbohren mit Anfasen – Fräsen des Innensechsrund – abschliessendes Entgraten. Andere Strategien wie das Vorbohren der sechs äusseren Durchmesser und des Zentrums mit anschliessendem Fräsen und Entgraten stellte insbesondere für die Prozesssicherheit der Mikrobohrer für Titan einen echten Stolperstein dar. Der Fräsprozess, im gewählten Vorgehen die zeitintensivste Operation, kann bei Titan entweder mittels Spiralinterpolation (Steigung max. 0.8 x d) oder Wandungsfräsen (Zustellung max. 0.5 x d) durchgeführt werden. Jedes Vorgehen hat Vor- und Nachteile: Bei der Spiralinterpolation entsteht am Fräser nur eine kleine seitliche Belastung (Fx), da gleichzeitig auch eine vertikale Kraft wirkt (Fz). Dafür ist mit einer höheren Belastung der Schneidecken zu rechnen, welche deshalb geometrisch verstärkt wurden. Generell ist dieser Vorgang flüssiger und auch schneller. Beim Wandungsfräsen (für rostfreie Stähle) erreicht man die Gesamttiefe über mehrere Stufen, da pro Durchgang nur mit zwei Achsen gearbeitet wird. Die seitliche Zustellung bleibt über den ganzen Vorgang unverändert, allerdings ist hier die radiale Belastung des Fräsers grösser.
Aus vier mach zwei
Die vier Operationen (Bohren – Anfasen – Fräsen – Entgraten) sind in drei Schritten mit zwei Werkzeugen zu bewältigen. Der Kombibohrer bringt sowohl die zentrale Bohrung wie auch eine Fase von 120° an, mit einer Oberflächenqualität von Ra 0.2 µm und Rz 0.8 µm. Nach dem Fräsen der definitiven Form wird er nochmals eingesetzt, er sorgt nun für eine nahezu gratfreie Oberfläche.
Der Fräser zeichnet sich aus durch eine hohe Steifigkeit, um massive Vorschübe und Zustellungen zu ermöglichen und gleichzeitig die notwendige Profilmasshaltigkeit zu garantieren. Die hohe Zustellung/Steigung sorgt zusammen mit der speziellen Geometrie für eine exzellente Oberflächengüte.
Augenmerk auf die Qualität
Neben einer effizienten Bearbeitung mit einer kurzen Bearbeitungszeit und langen Standzeit der Werkzeuge ist das Resultat in Sachen Qualität der zentrale Faktor. Die Toleranzen sind sehr eng gesetzt und auf jeden Fall einzuhalten. Mit den Werkzeugen CrazyDrill und CrazyMill Hexalobe kann die Profilmasshaltigkeit und Wandungs-Rechtwinkligkeit des Innensechskant von der ersten bis zur letzten gefertigten Schraube garantiert werden.
Wer soll oder kann das Tool einsetzen?
Das neue Werkzeugprogramm ist vielseitig verwendbar. Aus den im Zuge dieses Projektes gewonnenen Erkenntnissen entstand im Endeffekt die neue Werkzeug-Linie CrazyTool Hexalobe, ein Werkzeugprogramm mit einem Stufenbohrer im Durchmesserbereich von 0,9 bis 3,80 mm und einem Fräser von 0,2 bis 1 mm, die die Standardabmessungen der Innensechsrund-Prägungen abdecken. Daneben bietet Mikron Tool auch kundenspezifische Abmessungen für andere Anforderungen an. Bei allem ist der Gebrauch der Werkzeuge jedoch nicht exklusiv auf diese Anwendung beschränkt. Es handelt sich vielmehr allgemein um ideale Bohr- und Fräswerkzeuge für die Bearbeitung von rostfreien Stählen und Titan.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Die Paul Horn GmbH hat in enger Zusammenarbeit mit der Kistler Gruppe die weltweit einzigartige Lösung zur Echtzeit-Werkzeugüberwachung von Drehbearbeitungen weiterentwickelt, das sogenannte Piezo Tool System (PTS).
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Der Maschinenbediener kann mithilfe des PTS Änderungen in der Materialcharge, aber auch Defekte an der Schneide bis hin zum Werkzeugbruch, sofort erkennen. Die Folge ist ein minimaler Ausschuss bei hoher Qualität. Des Weiteren kann der Anwender die Standzeit der eingesetzten Werkzeuge gezielt ausfahren.
Wie funktioniert das Tool?
Das PTS besteht aus einem Kraftsensor, welcher in das Drehwerkzeug präzise eingebaut wird und Aufschluss über den Zustand des Werkzeuges während der Bearbeitung gibt. Es erlaubt die Messung von Kräften ab wenigen Newton. Die Abtastrate liegt standardmässig bei 10’000 Hz. Dies ermöglicht es auch, kleinste Zerspankräfte zu messen.
Wer soll oder kann das Tool einsetzen?
Das Piezo Tool System eignet sich besonders für den Einsatz bei Drehbearbeitungen. Hier sind alternative Messmethoden wie die Überwachung der Antriebsleistung des Hauptspindelmotors aufgrund der geringen Abweichungen unergiebig. Auch eine Messung des Körperschalls liefert bei kleinen Werkstücken keine konstant zufriedenstellenden Ergebnisse. Ein visuelles Überwachen scheidet aufgrund des Einsatzes von Kühlschmierstoffen sowie hoher Rotationsdrehzahlen beim Bearbeitungsprozess ebenfalls aus. Die PTS-Lösung ist kompatibel mit ausgewählten Standard-Drehhaltern von Horn. Sie erfordert keinen Eingriff in die CNC-Steuerung. Der Einsatz erfolgt maschinenunabhängig und benötigt nur einen geringen Platzbedarf in der Maschine. Die Folgen des Einsatzes des PTS sind eine Reduzierung der Produktionskosten sowie eine Erhöhung der Fertigungskapazitäten.
Das Umrüsten von Standardhaltern auf die PTS-Halter geschieht problemlos und ohne weitere Umbauten an der Maschine. Trotz der verbauten Messtechnik bieten die Werkzeugträger eine hohe Stabilität.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Mit der Baugruppe S7-1500 TM NPU (Neural Processing Unit) für die SIMATIC S7-1500 Steuerung und das I/O System ET 200MP hält künstliche Intelligenz (KI) Einzug in die Automatisierung. Die TM NPU ist ein Industrie-tauglicher Hardware-Beschleuniger für künstliche neuronale Netze, welche mit ihren besonderen Fähigkeiten zur Mustererkennung die Grundlage für Machine-Learning-Anwendungen bilden.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Das Tool erkennt frühzeitig Qualitätsmängel. Damit fallen Nachbearbeitungskosten weg und Materialkosten von Ausschussprodukten werden eingespart. Typischerweise kommt die Simatic S7-1500 TM NPU-Baugruppe mit speziell auf den Kundenanwendungsfall trainierten neuronalen Netzen zum Einsatz und kann so Qualitätsprüfungen automatisieren, welche bis anhin nur personell gelöst werden konnten.
Wie funktioniert das Tool?
Intelligente Objekterkennung von beliebigen Werkstücken
Die künstliche Intelligenz ermöglicht es, komplexe Muster in der Produktion zu erfassen. Machine Learning kann die Eingangsdaten zusammen mit dem erworbenen Wissen verarbeiten und erkennt so auch unbekannte Bauteile und Werkstücke –, egal in welcher Lage oder Position sich diese befinden.
Visuelle Qualitätsprüfung von Produkten
Die Qualitätsstation stellt in vielen Produktionen einen Flaschenhals dar, da die Qualitätsprüfung nur personell vollzogen werden kann und somit sehr zeitintensiv ist. Mit der Verarbeitung von Bilddaten im neuronalen Netz können Qualitätsmängel zuverlässig visuell erkannt werden. Dies geschieht mithilfe trainierter Algorithmen, welche die Bilddaten mit definierten komplexen Qualitätsmerkmalen abgleichen. So entsteht eine konstant hohe Produktqualität, denn unvorhergesehene Fehler im laufenden Prozess werden frühzeitig ausgeschlossen.
Qualitätsprüfung mithilfe von Sensor- und Produktionsdaten
Produktionsdaten wie Energie, Temperatur, Druck und die Produktoberfläche bilden eine verlässliche Basis für das frühzeitige Erkennen von Qualitätsmängeln. Werden die von Sensoren erfassten Produktionsdaten von der CPU direkt in das SPS integrierte S7-1500 TM NPU Modul übermittelt, kann das Modul mithilfe seines neuronalen Netzes komplexe Muster in diesen Daten analysieren, zuverlässig beurteilen und gegebenenfalls eine Ausschleusung des betroffenen Produkts veranlassen – für einen schnellen, zuverlässigen Qualitätssicherungsprozess.
Wer soll oder kann es einsetzen?
Die Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Besonders naheliegend sind Anwendungsfelder wie Robotik, Condition-Monitoring oder die bereits erwähnte Qualitätssicherung.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Den Technologierechner StuderTechnology.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Der Bediener muss sich nicht mehr mühsam an den Optimalwert herantasten, die Optimierungszeit wird in den meisten Fällen eliminiert. Wendet man die Software konsequent an, sinken die Kosten pro Teil beträchtlich. Die einzelnen Zeiten können drastisch reduziert werden. Allein die Schleifzeiten verkürzen sich in der Regel um 25–50 Prozent. Aber auch Einricht-, Programmier- und Dokumentationszeiten reduzieren sich durch den Einsatz der Software.
Wie funktioniert das Tool?
Mit Hilfe von StuderTechnology wird die Bedienung von Rundschleif-Maschinen radikal vereinfacht. Die Schleiferfahrung aus 110 Jahren steht auf Knopfdruck zur Verfügung.
Als Ausgangslage steht immer eine Werkstückzeichnung oder eine Arbeitsanweisung zur Verfügung. Darauf sind die Mass-, Form-, Lage- und Oberflächentoleranzen ersichtlich. Für den Anwender stellt sich immer wieder von Neuem die Frage, wie er die Maschine einzustellen hat, um diese Anforderungen zu erfüllen. Möglichst schnell? Oder möglichst präzise? Auch muss er Werkstoff und Härte, sowie Schleif- und Kühlschmiermittel in seine Entscheidung einbeziehen. Daraus leitet er seine von der persönlichen Erfahrung geprägten Einstellwerte, also sein Fertigungsziel, ab.
StuderTechnology schlägt solche Fertigungsziele vor. Das Fertigungsziel «Normal Schleifen» steht für Anwendungen im Toleranzbereich ~ H5/h5 und Oberflächengüte ~ Ra 0.3. Das Fertigungsziel für erhöhte Abtragsleistung lässt sich hauptsächlich für Vorschleifoperationen einsetzen. Zwei weitere Fertigungsziele sieht das Programm für höhere Genauigkeit oder höhere Oberflächenqualität vor.
Wer soll oder kann es einsetzen?
Jeder, der eine Rundschleifmaschine von Studer hat.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Atlas Copco Tools bietet ergonomische und produktive Werkzeuge sowie Dienstleistungen an, die eine prozesssichere und rückverfolgbare Montage gewährleisten. Ein anschauliches Beispiel hierfür sind die Akkuschrauber der Tensor-IxB-Familie.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
Die IxB-Akkuwerkzeuge verfügen über einen integrierten Controller und vermeiden Verschraubungsfehler aller Art. Damit sind sie die richtigen Werkzeuge für eine Null-Fehler-Strategie. Bereits während des Einschraubens erkennt ein IxB-Werkzeug etwa, ob das Gewinde schadhaft ist oder ob das Drehmoment oder der Drehwinkel vom Soll-Wert abweichen.
Die Bediener erhalten eine direkte Rückmeldung, sobald das korrekte Verschraubungsprogramm aktiviert wurde. Fehler werden eindeutig angezeigt, um Details darüber anzugeben, worin die Ursache eines Problems liegen könnte.
Wie funktioniert das Tool?
Die leistungsstarke On-Board-Steuerung (Controller) ermöglicht Anwendern die vollständige Prozesssteuerung und -überwachung der jeweiligen Montagestation mit Echtzeitintegration in ihr Produktionssystem. Durch die Integration der früher benötigten externen Steuerungen in das Montagewerkzeug funktionieren die Werkzeuge sogar in Funkschatten autonom. Diese sendet alle Daten an das Produktionssystem, sobald die Verbindung wieder hergestellt ist.
Der Wegfall von jeglicher externer Steuerungshardware und von Verkabelungen erhöht die Flexibilität und gleichzeitig stellen die IxB-Schrauber von Atlas Copco Tools eine voll vernetzte, smarte Montage zuverlässig sicher.
Wer soll oder kann es einsetzen?
Der Einsatz von IxB-Schraubern ist für alle Anwender interessant, die sich für ihre Fertigung «kabellose Freiheit» bei höchster Montagequalität und Rückverfolgbarkeit sämtlicher relevanter Schraubdaten wünschen.
Der früher bei gesteuerten Elektroschraubern erforderliche Hardware-Aufwand war enorm. Das ist mit den wirtschaftlichen IxB-Werkzeugen passé. Mit Schraub-Drehzahlen von 165 bis 2972 Umdrehungen pro Minute und einer Drehmoment-Abdeckung von 1 bis 200 Newtonmetern überschreiten die handlich-leichten Schrauber bisherige Leistungsgrenzen für Akkuwerkzeuge deutlich – und empfehlen sich damit auch als Alternative zu Druckluft- und Elektrowerkzeugen.
Welches Tool können Sie Kunden anbieten, um dem Ziel einer Null-Fehler-Produktion näherzukommen?
Die Lösung eTrue! Das sind die GF Machining Solutions Algorithmen für die Verarbeitung von Elektrodenmessdaten, die speziell für das Senkerodieren entwickelt wurden.
Welche Fehler werden damit reduziert oder sogar vermieden?
eTRUE vermeidet, dass beim Senkerodieren Elektroden mit geometrischen Verformungsfehlern verwendet werden, und verringert somit das Risiko, dass die Positionen und Abmessungen der Kavitäten ausserhalb der Toleranz liegen.
Wie funktioniert das Tool?
Die speziellen GF Machining Solutions Algorithmen empfangen die Rohmessdaten vom KMG und berechnen den tatsächlichen Versatz, das tatsächliche Untermass und die geometrische Verzerrung im Vergleich zum nominalen CAD-Modell – mit einer vom Benutzer einstellbaren Toleranz. Die letztgenannte Berechnung ist ein «Go/No Go» für die Elektrode und informiert den Benutzer darüber, welche Elektroden im Senkerodierprozess verwendet werden können und welche nicht, um die Position der Kavität und die Massgenauigkeit zu gewährleisten.
Wer soll oder kann es einsetzen?
Alle Benutzer der Senkerodiermaschinen von GF Machining Solutions – insbesondere Formenbauer – , die mit einem KMG, einem genauen Werkzeugsystem und vorzugsweise einer Automatisierung ausgestattet sind.
