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Die Mazak-Multifunktionsmaschine Integrex i-250H ST verfügt über eine integrierte kompakte Frässpindel mit einer Fräsleistung von 12.000 min
Foto: Andrea Jäger
Die Mazak-Multifunktionsmaschine Integrex i-250H ST verfügt über eine integrierte kompakte Frässpindel mit einer Fräsleistung von 12.000 min-1 und einen untenliegenden Werkzeugrevolver mit neun Werkzeugplätzen. 

Thema der Woche 8/2024

Komplexe Bauteile schnell und genau fertigen

Die Produkte von Welch sind vor allem in der Labor- und Medizintechnik gefragt. In der Fertigung im Werk Ilmenau ersetzt eine Mazak-Multifunktionsmaschine Integrex i-250H ST gleich zwei alte Maschinen.

Die mitten im Thüringer Wald gelegene Stadt Ilmenau war schon in früheren Zeiten ein Zentrum der Labortechnikherstellung. Die ehemaligen Produktionsanlagen aus dieser Blütezeit reichen über mehrere Straßenzüge. Heute hat die Welch GmbH einen ihrer Standorte dort. Das 1852 gegründete Unternehmen gehört inzwischen zur Gardner Denver Thomas Medical Group, das Produktportfolio umfasst eine breite Palette an High-end-Vakuumprodukten. Dazu gehören Membran-, Drehschieber-, Kolben- und Turbomolekularpumpen, ergänzt von einer großen Bandbreite an Zubehörteilen, die an Labore, Universitäten, Industriehersteller und Lehranstalten überall auf der Welt geliefert werden.

Neue Maschine ersetzt zwei alte

Im Werk Ilmenau werden im Zwei-Schicht-Betrieb Pumpenteile gefertigt, die dann in mehreren Montagelinien zum Endprodukt verarbeitet werden. Fertigungsleiter Patrick Hoyer und Quality Supervisor Erik Berger sorgen gemeinsam mit ihrem Team mit großem Know-how dafür, dass diese Teile immer in der richtigen hohen Qualität und Menge zur Verfügung stehen. Um zukunftsfähig zu bleiben, werden im Maschinenpark immer wieder alte Maschinen durch neue, leistungsstärkere ersetzt. Der jüngste Neuzugang ist ein Mazak-5-Achs-Bearbeitungszentrum vom Typ Integrex i 250H-ST.

Die Wahl fiel nicht zufällig auf Mazak, denn Hoyer hatte bereits bei einem früheren Arbeitgeber 25 Jahre lang auf Mazak-Maschinen gearbeitet und kennt deren Leistungsstärke und Präzision daher bestens. Für ihn war deshalb von Beginn an klar, dass Mazak auch für die Fertigung bei Welch genau der richtige Anbieter war: „Die neue Maschine sollte zwei alte ersetzen, die sehr in die Jahre gekommen waren. Unsere Anforderung war eine präzise Maschine. Sie sollte es uns ermöglichen, komplexe Teile mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit herzustellen. Darüber hinaus sollte sie über einen automatisierten Werkzeugwechsel und eine intuitive Bedienoberfläche der Steuerung verfügen, die die Einrichtung und Programmierung von Teilen erleichtert.“ Andreas Ringer, langjähriger Mazak-Gebietsrepräsentant in Thüringen, übersetzte die Anforderungen in die geeignete Maschinenbaureihe. Seine Beratung mündete in genau der Maschinenkonfiguration einer Integrex i-250H ST, die für die Fertigung bei Welch optimal war.

Pendelbearbeitung verkürzt Rüstzeit um etwa 20 %

Es dauerte aufgrund der Pandemie eine ganze Weile, bis das Bearbeitungszentrum ihren Platz in der Fertigung fand. Zeit, die Hoyer gut zu nutzen wusste: „Unser Projektteam hat über ein Jahr daran gearbeitet, die Implementierung dieser neuen Maschine bestmöglich vorzubereiten. Es mussten viele unterschiedliche Bauteile neu eingefahren werden, deshalb haben wir schon im Vorfeld mehr als 70 Programme über eine Software vorbereitet und simuliert. Nach der Inbetriebnahme konnten wir so reibungslos dazu übergehen, in kürzester Zeit die ersten Teile auf der neuen Maschine einzufahren und freizugeben. Durch die Pendelbearbeitung verkürzte sich unsere Rüstzeit um etwa 20 %, die Laufzeiteinsparung liegt bei rund 15 %. Wir sind dadurch in der Lage unsere Kapazitäten zu erhöhen und Produktionszeiten zu verkürzen. Dies bedeutet, dass wir schneller auf Kundenanfragen reagieren können und gleichzeitig die Qualität unserer Produkte beibehalten.“

Die Investition in diese neue Maschine ist Teil der langfristigen Wachstumsstrategie des Standortes Ilmenau. Für die nötige hohe Flexibilität und Leistung bei der Dreh- und Fräsbearbeitung von komplexen Werkstücken in einer Aufspannung ist die Integrex i-250H ST mit Haupt- und Gegenspindeln mit 8-Zoll-Futter und jeweils 4.000 min-1 und 30 kW ausgestattet. Die Maschine verfügt über eine integrierte kompakte Frässpindel mit Capto-Aufnahme mit einer Fräsleistung von 12.000 min-1 und einen untenliegenden Werkzeugrevolver mit neun Werkzeugplätzen, der eine 5-Achsen-Simultanbearbeitung mit zwei Werkzeugen erlaubt. Das Werkzeugmagazin an der Rückseite der Maschine ist mit 112 Werkzeugplätzen ausgestattet. Der 300-mm Hub der Y-Achse und eine B-Achse mit einem Drehbereich von 240° sorgen für uneingeschränkte Konturbearbeitung. Die Maschine bei Welch hat außerdem eine programmierbare Spannfutter-Druckregelung an der Haupt- und an der Gegenspindel.

Maschine und Automation optimal abgestimmt

Bei der Entwicklung der Integrex-i-H-Serie hatte man den aufgrund des Fachkräftemangels und des wachsenden Kostendrucks stetig steigenden Bedarf an Automationslösungen im Blick. Aber auch die von vielen Anwendern gewünschte Produktivitätssteigerung. Die Maschinen wurden aus diesem Grund mit einer gerade verlaufenden Front ausgelegt, während das Werkzeugmagazin hinten angeordnet ist. Der Bediener hat dort besten Zugang zum Magazinbereich. Durch die neue Anordnung ergibt sich ein verbesserter Zugang für frontal angeordnete Automatisierungssysteme wie Knickarmroboter, aber auch für – wie bei Welch installiert – seitlich angeordnete Stangenlader. Eine Entladevorrichtung mit einem auf Arbeitshöhe angebrachten Teilefänger sorgt für die leichte Entnahme der fertigen Teile.

Die bearbeiteten Materialien sind unter anderem Aluminium, diverse Edelstähle, hochfeste Legierungen wie EN AW 6082 und schwer zu bearbeitende Kunststoffe wie PP, PVDF, PTFE und PEEK. Diese Kunststoffe weisen Eigenschaften auf wie hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe chemische Resistenz gegen Säuren und Lösemittel und schwere Entflammbarkeit als Schutz in explosionsgefährdeten Bereichen. „Unsere Produkte müssen sehr hohe Anforderungen erfüllen. Die geforderte Bearbeitungs- und Oberflächenqualität ist im medizintechnischen Bereich extrem hoch“, sagt Berger. „Die Integrex erfüllt all diese Anforderungen souverän.“ Einen großen Anteil daran hat die Smooth-Ai-Steuerung, auf die Hoyer sich bereits im Vorfeld intensiv vorbereitet hatte und so die Leistungen von Beginn an voll ausschöpfen konnte.

Künstliche Intelligenz sorgt für laufende Prozessoptimierung

Die Steuerung verfügt mit Features wie Smooth Machining und Virtual Machining über eine Vielzahl an Hilfsfunktionen, die gerade bei der Werkstattprogrammierung die Einrichtzeit erheblich verkürzen. Mit der 3D-Assist-Funktion können Werkstückzeichnungen (Step, Iges, Parasolid) geladen werden und die von der Feature-Erkennung automatisch markierten oder vom Bediener manuell selektierten Elemente direkt ins Mazatrol-Programm übernommen werden.

Mit dem Virtual Machining kann die Bearbeitung noch vor dem ersten Anschnitt simuliert und auf mögliche Konturverletzungen oder Störkonturen überprüft werden. Die Steuerung bietet eine automatische Schnittdatenkontrolle, korrigiert Programmierfehler selbstständig und macht Vorschläge für den besten Fräsweg. Beim Einrichten eines Werkstücks steht die Funktion „Cutting Adviser“ zur Verfügung, die auf intelligente Weise Programmabschnitte, in denen wichtige Parameter wie Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe bereits vor dem ersten Anschnitt eingestellt werden können, identifiziert. Die Funktion ermöglicht zudem die optische Darstellung von Bearbeitungsdaten wie Werkzeugauslastung, Zerspanungsvolumen, Zerspanungslast und Bearbeitungszeit.

„Für unser Produktspektrum werden bis zu 5.000 verschiedene Bauteile benötigt“, erläutert Patrick Hoyer. „Wir bearbeiten an unserem Standort regelmäßig rund 200 unterschiedliche wiederkehrende Werkstücke mit Durchmessern zwischen 20 und 50 mm in Losgrößen von 50 bis 200. Alle Werkzeugdaten sind über die Steuerung angelegt und können über ein Netzwerk eingespielt werden. Eine Bemerkungsfunktion, auf der wichtige Information für den Bedienerwechsel festgehalten werden können, sorgt für reibungslose Abläufe. Durch das exzellente Zusammenspiel von Maschine und Steuerung generieren wir für uns einen echten Mehrwert. Bei einer Mazak-Maschine stimmt einfach alles.”

Andrea Jäger/rk