Mit Automatisierung und Digitalisierung zu maximaler Qualität und nachhaltigem Erfolg

HAIMER, innovativer Global Player für Werkzeugmanagement rund um die Werkzeugmaschine, ist überzeugt, dass die Fertigungstechnik künftig von Automatisierung und Digitalisierung bestimmt wird. In der eigenen Fertigung hat diese Entwicklung Einzug gehalten und konsequenterweise hat sie sich auch im Produktprogramm niedergeschlagen: in i4.0-fähigen Geräten bis hin zur Roboterzelle HAIMER Automation Cube, die beliebig skalierbar ist und sich zum automatisierten Schrumpfen, Voreinstellen und Auswuchten eignet.

Effiziente Zerspanung erfordert leistungsstarke Maschinen und Werkzeuge „sowie hochgenaue Werkzeugspanntechnik, die dafür sorgt, dass die Präzision von der Spindel bis zur Schneide übertragen wird“, sagt Andreas Haimer. Vom Geschäftsführer der Haimer GmbH, dem weltweit führenden Hersteller im Bereich der Werkzeugspanntechnik, darf man eine solche Aussage erwarten. Aber sie erfolgt nicht nur aus Marketinggründen – dahinter steckt langjährige Erfahrung. Schließlich begann HAIMER vor 45 Jahren als Zerspanungsdienstleister für die Luftfahrtindustrie und entwickelte schon bald aus Eigenbedarf hochgenaue Spannfutter.

Langjährige Erfahrung kann HAIMER auch in der Automatisierung vorweisen. Schon vor mehr als 20 Jahren hat sich das bayerische Familienunternehmen entschlossen, erste Werkzeugmaschinen mit Roboterbe- und -entladung auszustatten. Seitdem ist die Automatisierung bei HAIMER weit fortgeschritten, wie ein Blick in die Fertigungshallen am Stammsitz in Igenhausen bzw. im nur 5 km entfernten Motzenhofen zeigt. Vor allem dieses seit 2018 bestehende Produktionswerk wurde in den letzten Jahren Schritt für Schritt mit zahlreichen automatisierten Bearbeitungszentren ausgestattet.

Automatisierung ist eine Notwendigkeit

Andreas Haimer betont: „Wer wie wir auf hohe Fertigungstiefe komplett ‚made in Germany‘ setzt, kommt an einer weitreichenden Digitalisierung und Automatisierung nicht vorbei. Sonst könnten wir wirtschaftlich mit den weltweiten Marktbegleitern nicht mithalten.“

Im Werk Motzenhofen findet die Weichbearbeitung der Werkzeugaufnahmen sowie aller Präzisionsbauteile für Schrumpf- und Wuchtmaschinen samt Zubehör statt. Pro Tag können dort bis zu 4.000 rotierende Werkzeugaufnahmen gedreht und gefräst werden, bevor die Wärmebehandlung erfolgt und sie dann den µm-genauen Schliff im Headquarter in Igenhausen bekommen. Dort findet ebenfalls das finale Feinwuchten statt – in selbstentwickelten, vollautomatisierten Anlagen.

Nicht jede Automatisierung ist komplex

Zurück nach Motzenhofen: Dort betreibt HAIMER unter anderem eine vollautomatisierte Fertigungsinsel mit mehreren fünfachsigen DMG MORI MILLTAP 700 Maschinen. Diese Anfang 2019 installierten hochdynamischen Vertikal-Bearbeitungszentren eignen sich ideal für die erforderlichen Bohr- und Fräsarbeiten an kleinen Bauteilen wie zum Beispiel den BT30- oder SK30-Steilkegelaufnahmen. Manfred Mayr, der vor über 40 Jahren seine Ausbildung bei HAIMER absolvierte und heute als Werks- und Produktionsleiter für rund 100 Werkzeugmaschinen verantwortlich ist, erklärt: „Wir nutzen hier eine einfache Plug&Play-Komplettlösung, die eine vollautomatische Be- und Entladung durch einen KUKA-Roboter einschließt. In drei Schubladen mit jeweils etwa 78 Plätzen sind Rohlinge und produzierte Bauteile abgelegt. Damit ist eine mannlose Produktion für mindestens acht und bis zu 20 Stunden sichergestellt.“

Deutlich anspruchsvoller ist die Automatisierung von vier baugleichen Bearbeitungszentren DMG MORI NHX4000, die mit Palettenmagazinen ausgestattet sind, wie Manfred Mayr beschreibt: „Es stehen jeweils zwölf 400er-Paletten mit verschiedenen Bauteilen zur Abarbeitung bereit. Das macht uns sehr flexibel, auch hinsichtlich kleiner Losgrößen und kurzfristiger Änderungen im Produktionsablauf.“ In der Regel laufen die Maschinen hochproduktiv und störungsfrei im 3-Schicht-Betrieb, betreut von einem einzigen Mitarbeiter. Um die Maschinen möglichst autark bei einer großen Produktvielfalt zu betreiben, ließ HAIMER die Maschinen mit einem Werkzeugmagazin mit 183 Plätzen ausstatten. 

Als einen wesentlichen Erfolgsfaktor betrachtet Manfred Mayr, dass alle Werkzeuge für diese Maschinen mit einem RFID-Chip auf der Werkzeugaufnahme ausgestattet sind, der beim Einwechseln ins Magazin an einer eigenen Station eingelesen wird. Somit erhält die Steuerung die richtigen Werkzeugdaten aus der Voreinstellung auf digitalem Weg vom HAIMER Microset VIO linear Voreinstellgerät. Eingabefehler oder Verwechslungen seien damit zu 100 Prozent ausgeschlossen.

Digitaler Datenfluss zwischen Werkzeugraum und BAZ

Wichtige Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb der NHX- und aller anderer Werkzeugmaschinen ist – nach Meinung des Werkleiters – der top funktionierende und organisierte Werkzeugraum: „Die dort enthaltene Technik ist in unserem Haus eine zentrale Kompetenz. Selbstverständlich setzen wir hier unsere eigenen Produkte ein, von den Schrumpf-, Wucht und Voreinstellmaschinen bis zu den Werkzeugaufnahmen und Werkzeugen. Sie ermöglichen eine durchgängige Digitalisierung bis hin zur Maschine, was ein wesentlicher Baustein für den automatisierten, wirtschaftlichen Fertigungsbetrieb ist.“ 

Das heißt, im Werkzeugraum werden sämtliche Werkzeuge für alle Fräs- und Drehmaschinen zentral vorbereitet und verwaltet. Sie werden montiert, geschrumpft, vermessen, gewuchtet – und alle Daten digital erfasst. Das geschieht entweder auf den erwähnten RFID-Chips, über digitale Schnittstellen wie Postprozessor oder via QR-Code. Erst dann werden sie je nach Bedarf auf spezielle Werkzeugwagen gepackt, die dann die Maschinenbediener zu ihrer Maschine holen. Mehr Wege gibt es nicht. „Nur mit einer optimalen Werkzeugvoreinstellung laufen die Maschinen und nicht der Mitarbeiter“, so das Credo von Werksleiter Mayr.

Das Werkzeug muss sich ins digitale Produktionsumfeld einpassen

Die Digitalisierung der Produktionsprozesse stellt nicht nur für HAIMER, sondern für jedes Unternehmen einen Erfolgsfaktor dar. „Da das Werkzeug mit seinen spezifischen Daten in der zerspanenden Bearbeitung ein wesentlicher Bestandteil der Prozesskette ist, muss es sich ins digitale Produktionsumfeld einpassen“, erklärt Andreas Haimer. Dazu gehört, dass alle digitalen Möglichkeiten konsequent implementiert werden – vom Werkzeug an sich, der Werkzeugaufnahme inklusive dem Spannvorgang, dem Wuchten bis hin zur Werkzeugvoreinstellung und dem Einsatz auf der Maschine. 

Gerade bei Neuinvestitionen sollten die Anwender darauf achten, dass jedes Element im Werkzeugumfeld Industrie 4.0-fähig ist und sich in den digitalen Workflow eingliedern lässt, rät Andreas Haimer: „Unsere Produkte sind komplett für die digitale Produktion vorbereitet. Wir haben sogar eine eigene Tool Management Software entwickelt, den HAIMER Data Analyzer und Controller (DAC), der den Austausch von Soll- und Ist-Werten sowie anderer Werkzeugdaten zwischen den einzelnen Stationen im Werkzeugraum und dem Unternehmensnetzwerk herstellt und managt. Dabei sind unsere Geräte aus der Industrie 4.0 Serie durch moderne digitale Features und Schnittstellen automatisierbar. Sie sind außerdem so robust ausgeführt und auf Langlebigkeit ausgelegt, dass sie höchste Prozesssicherheit gewährleisten – ein entscheidender Faktor für eine erfolgreiche Automatisierung.“

HAIMER unterstützt mit seinen Produkten vielfältige Automatisierungsmodelle. Das Angebot beginnt bei einzelnen Geräten, die mehrere Arbeitsschritte kombinieren, wie zum Beispiel das Voreinstellgerät HAIMER Microset VIO linear toolshrink. Es ist in der Lage, Werkzeuge μm-genau auf Länge zu schrumpfen und zugleich die Werkzeugvermessung zu übernehmen. Ideal ist dies unter anderem für Schwesterwerkzeuge, die stets auf das gleiche Maß eingeschrumpft werden müssen. Ihr Einsatz in der Serienfertigung oder bei Mehrspindler-Maschinen verspricht, die Prozesssicherheit zu erhöhen und Rüstzeiten zu minimieren.

Eine Roboterzelle zum Schrumpfen, Voreinstellen und Auswuchten

Erst im letzten Jahr auf der EMO Milano präsentierte HAIMER eine deutlich weiter reichende Lösung: den HAIMER Shrink Automation Cube. Diese automatisierte Schrumpfstation enthält einen Cobot, der das Ein- und Ausschrumpfen von Werkzeugen mit hoher Längenwiederholgenauigkeit unterstützt. Die Zelle ist nach Kundenwunsch skalierbar. Das heißt, der Cube wird vom HAIMER DAC Tool Management gesteuert und es lassen sich die HAIMER Voreinstell- und Auswuchttechnik in den Automation Cube einbinden. Zur Verfügung stehen außerdem ein Scanner zum Auslesen eindeutiger Werkzeugkombinationen und ein in der Länge variables Förderband.

Mit einer solchen Ausstattung lässt sich beispielsweise folgender Ablauf realisieren: Der Anwender legt ein verschlissenes Komplettwerkzeug (bestehend aus Werkzeughalter und Werkzeug) auf das Förderband und stellt ein neues Werkzeug bereit. Der Cobot holt das Komplettwerkzeugs ab und identifiziert es über eindeutigen Data-Matrix Code (optional RFID). Dann holt er sich das neue Werkzeug und misst dessen Werkzeugspitze. Währenddessen fährt die Spule auf das verschlissene Komplettwerkzeug, schrumpft das alte Werkzeug aus und anschließend das neue auf die hinterlegte Auskraglänge ein. Nach der Luftkühlung des neuen Komplettwerkzeugs steht es für den Einsatz bereit. Das alte Werkzeug wird entsorgt.

Andreas Haimer ist überzeugt: „Diese Automatisierungslösung ist geeignet für Unternehmen, die täglich sehr viele Schrumpfvorgänge durchführen.“ Insbesondere, wenn im Unternehmen nur geringe Automatisierungsexpertise vorhanden ist, bietet sich eine solche Komplettlösung aus einer Hand an. Andreas Haimer weist ergänzend darauf hin, dass sich die HAIMER Komponenten in nahezu jede vorhandene Automatisierungsumgebung integrieren lassen: „Wir sind auch gerne Partner bei größeren Automatisierungsvorhaben.“