Für Messgeräte, medizinische und optische Geräte und Instrumente, Werkzeuge sowie für Pharmaprodukte produziert die Catt Wasserstrahlen AG in Reiden produktspezifische Schutzverpackungen aus Schaumstoffen.
Bisher arbeitet man dabei überwiegend in mehreren Arbeitsschritten. Zunächst schneiden die Spezialisten in Reiden dünnere Schaumstoffplatten mit dem Wasserstrahl. Anschliessend kleben sie diese in mehreren Schichten aufeinander, um die erforderliche Dicke zu erreichen. Wie Marcel Sigrist, Geschäftsführer bei Catt, berichtet, ist das allerdings sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Zudem ergeben sich beim Kleben mitunter ungenaue Konturen und unerwünschte Kanten. «Einige Versuche mit einer Flachbett-Fräsanlage haben gezeigt, dass man die weichen Schaumstoffe mit geeigneten, scharf geschliffenen Fräswerkzeugen bei sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten auch fräsen kann.
Man kann kleine Konturen sowie schmale Stege und dünne Wände genau fertigen. In nur einem Ablauf fertigt man komplette Verpackungsteile», fügt er hinzu. Allerdings erwies sich die bei Catt zunächst eingesetzte Fräsanlage als unwirtschaftlich. Sie war sehr umständlich zu bedienen, verfügte über nur eine Frässpindel und arbeitete, vor allem wegen niedriger Vorschubgeschwindigkeiten, eher unproduktiv. Zudem vermieden die Fertigungsspezialisten für Wasserstrahlschneiden die ungewohnte Arbeit mit der Frästechnologie. Ein Kontakt zum Sondermaschinenhersteller teltec systems AG in Bremgarten erwies sich als richtungsweisend.
Individuell optimiertes Konzept aus modularen Komponenten
Gegründet im Jahr 1993 handelt die teltec systems AG mit innovativen Antriebs- und Steuerungssystemen international renommierter Hersteller. Zudem befassen sich die Spezialisten mit individuell konfigurierter Industrieautomation. So erkannte Mario Montanaro, Projektmanager und Konstrukteur, unverzüglich die Chance, aus modularen Komponenten eine hochproduktive und wirtschaftliche Fräsanlage zum Bearbeiten von Schaumstoffen verwirklichen zu können. Im Gespräch mit Marcel Sigrist erarbeitete er die Forderungen und Wünsche an die Fräsmaschine. Vor allem sollte sie sehr flexibel kleine und grössere Schaumstoffteile in raschem Wechsel fertigen können. Zudem sollte sie schnell und einfach zu rüsten und zu programmieren sein.
Video/Präsentation:
Flachbett-Fräsmaschine OH-M60 Multi4
Vier Spindeln separat steuerbar
Die nunmehr verwirklichte, vor einigen Wochen installierte Flachbett-Fräsmaschine OH-M60 Multi4 verfügt über vier luftgekühlte Hochfrequenz-Frässpindeln (40 000 min-1 Drehzahl). Diese sind auf separaten Z-Achsen angeordnet, die horizontal (Y) und vertikal (Z-Richtung) CNC-gesteuert positioniert werden können. Die Frässpindeln können jeweils bis zu 10 unterschiedliche Fräswerkzeuge (Werkzeugaufnahme HSK 25) automatisch aus einem Werkzeugwechsler einwechseln. Letzterer ist mit einer Klappe gegen den Arbeitsbereich und somit gegen Schaumstoffpartikel und Schmutz gut geschützt. Auf dem 2500 x 2000 mm messenden Tisch bearbeiten die Frässpindeln bis 2000 x 1800 mm messende flächige, bis 120 mm dicke Werkstücke. Diese werden auf einem Vakuumtisch gehalten, der in fünf Segmente unterteilt ist. Für jedes Segment kann das NC-Programm die Haltekraft (den Unterdruck) über Vakuumpumpen separat steuern. So hält der Vakuumtisch auch kleinere Platten und Teilstücke mit hohen Kräften. An den Köpfen der Frässpindeln befinden sich Hauben und Schläuche. Über diese werden Schaumstoffpartikel von einer leistungsfähigen Absauganlage abgesaugt. Zum Aufbau des Tischs und des Linearportals haben die Spezialisten bei teltec systems AG modulare Komponenten von der isel germany AG, Eichenzell, eingesetzt. Angetrieben werden die Bewegungen in den drei Linearachsen von Antriebssystemen der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl. Damit verwirklichen die Frässpindeln im gesamten Arbeitsbereich 0,1 mm Bahn- und Positioniergenauigkeit.
Zu diesem Konzept sagt Mario Montanaro: «Standardisierte Komponenten erweisen sich zum einen als besonders wirtschaftlich. Zum anderen können wir mit unserem modularen Konstruktionsprinzip besonders wirtschaftlich nach einem Baukastensystem eine Vielzahl individuell optimierter Fräsanlagen verwirklichen. Diese können beispielsweise mit zwei, vier oder sechs Frässpindeln, wahlweise luft- oder wassergekühlt und mit bis zu 80 000 min-1 Drehzahl, oder mit einem 3000 x 2000 mm messenden Arbeitstisch aufgebaut sein.» Speziell die Antriebstechnik von Beckhoff hat für solche individuell konzipierten Anlagen einige Vorteile, wie Mario Montanaro anfügt. «Die digitalen Antriebsregler können wir sehr einfach und schnell mit wenigen Parametern auf die jeweiligen mechanischen Bedingungen, zum Beispiel zu beschleunigende Lasten und Trägheitsmomente, einstellen. So erreichen wir die optimale Kombination aus Genauigkeit und Dynamik für die geforderten Bewegungsprofile.
Unsere Flachbett-Fräsanlage OH-M60 Multi4 beispielsweise verfährt in der X- und der Y-Achse bis zu 15 m/min schnell bei 0,1 mm Bahn und Positioniergenauigkeit. In der Z-Achse positioniert sie auf 0,05 mm genau.»
Minimale Programmier- und Rüstzeiten dank innovativer Steuerung
Zur Flexibilität und zu kurzen Durchlaufzeiten trägt vor allem die ausgefeilte CNC-Steuerung der Flachbett-Fräsmaschine bei. Sie besticht mit ihrer grafischen, intuitiven Nutzerführung. Zudem verfügt sie über einige innovative Funktionen, die das Programmieren zu schneidender Schaumstoffplatten deutlich vereinfachen und beschleunigen. So übernimmt die Steuerung wahlweise extern erstellte Zeichnungen als DXF-Daten. Wahlweise gibt der Bediener mit dem integrierten CAD/CAM-System die Konturen direkt am grossen Touchscreen ein.
Automatisch schlägt die CNC-Steuerung zum Bauteil und zu den Geometrien passende Fräswerkzeuge vor. Technologieparameter zum Fräsen der Schaumstoffe sind bereits in einer Datenbank enthalten. Der Bediener wählt diese in einem separaten Menü abhängig von den zu fräsenden Schaumstoffen. Als besonderes Highlight ist im CAD/CAMSystem an der Maschine ein von Mario Montanaro entwickeltes, automatisiertes Schachteln integriert, auch als Nesting bezeichnet. Dabei ordnet ein Algorithmus die zu schneidenden Bauteile so auf einer vorgegebenen Platte an, dass bei minimalen Durchlaufzeiten und minimaler Anzahl an Werkzeugwechseln möglichst produktiv gefräst wird. Das CAD/CAM-System gibt auch vor, welche Anzahl an Frässpindeln optimal einzusetzen ist, um mehrere Bauteile auf einer Platte parallel und somit bei minimalen Bearbeitungszeiten zu fräsen. Auf der X-Achse positionieren die Frässpindeln dazu automatisch vom CNC-Programm gesteuert. Selbsttätig minimiert der Algorithmus des CAD/CAM-Systems die Verfahrwege der Spindeln und die Anzahl der Werkzeugwechsel.
Flachbett-Fräsmaschine OH-M60 Multi4
Marcel Sigrist erläutert die Vorteile: «Vor allem die Funktion des automatischen Nestings verkürzt erheblich die Zeiten vom Erstellen der Zeichnung bis zum Beginn des Fräsens. Wir können uns vollständig auf die Optimierung durch das CAD/CAM-System verlassen.» Beim Fräsen mehrerer Bauteile in Serien generiert das CAD/CAM-System auf Tastendruck unterschiedliche Anordnungen der Schaumstoffteile auf der Platte. Es zeigt mögliche Fräsprozesse mit einer oder mehreren Frässpindeln und die günstigste Variante. Zudem kann der Bediener mit wenigen Fingerzeigen auf dem Touchscreen die Bauteile drehen und schieben, um sie auf einer Platte optimal anzuordnen. Innerhalb kürzester Zeit findet er so die wirtschaftlichste Frässtrategie. Weiterer Vorteil ist, dass man mit dem automatisierten Schachteln auch Reststücke aus ehemaligen Bearbeitungen nutzen kann. Der Bediener gibt lediglich die Abmessungen und die Lage der Platte auf dem Arbeitstisch vor. Um die Lage der Platten zu vereinheitlichen, haben die Verpackungsspezialisten in Reiden inzwischen Positionierschablonen für den Vakuumtisch gefertigt. An diese legen sie jeweils die Platten an, um so stets einen definierten und immer gleichen Nullpunkt zu haben. Bei kleineren Platten, die nur einen Teilbereich des Arbeitstischs belegen, können sie aus den fünf installierten Vakuumbereichen die benötigte Anzahl wählen und einschalten. Das sorgt für maximale Haltekräfte und minimiert den Energieverbrauch.
Wie Marcel Sigrist berichtet, verkürzt das Fräsmaschinenkonzept mit der durchdachten CAD/CAM-Software vor allem beim Erstellen von Prototypen erheblich die Durchlaufzeiten. «Das ehemals erforderliche Schneiden mehrerer Bauteile und anschliessende Kleben mit langwierigem Aushärten der Klebstoffe entfällt. Auf der Flachbett-Fräsanlage können wir innerhalb einiger Stunden ab der Idee ein fertiges Bauteil präsentieren, das vollauf dem Serienstandard entspricht», fügt er an.
Bei jungen Nachwuchskräften geschätzt
Dank der grafischen Nutzerführung auf dem grossen Touchscreen der Steuerung arbeiten Programmierer und Bediener der Flachbett-Fräsmaschine wie auf einem üblichen Smartphone. Sämtliche Funktionen werden grafisch angezeigt und anhand von Schaltflächen auf dem Touchscreen gewählt. «Das hat wesentlich dazu beigetragen, dass unsere Fachkräfte – die bisher nur an Wasserstrahlanlagen tätig waren – unverzüglich die Flachbett-Fräsmaschine akzeptiert und deren Vorteile geschätzt haben», berichtet Marcel Sigrist. Wie er anfügt, ist diese komfortable Nutzerführung am Touchscreen heute auch ein herausragendes Argument, Nachwuchs-Fachkräfte zu gewinnen. «Junge Leute wollen einen modernen, attraktiven Arbeitsplatz. Dazu gehört eine zeitgemässe und ansprechende Steuerung an den Maschinen. Auch in dieser Hinsicht profitieren wir von der Flachbett-Fräsanlage von teltec systems ag», betont er. Für ihn hat sich die Investition in die Fräsanlage innerhalb weniger Monate als unbedingt profitabel und richtig erwiesen. «Wir arbeiten zum einen deutlich flexibler und wirtschaftlicher. Zum anderen erweitert die Fräsmaschine dank der kurzen Durchlaufzeiten erheblich unsere Kapazität. Sie bearbeitet auch kleine Konturen in dicken Schaumstoffplatten genau auf saubere, glatte Oberflächen. Somit können wir zusätzliche Branchen erschliessen und deutlich mehr Aufträge bearbeiten », freut sich Marcel Sigrist.
Antriebstechnik und Automation
Die teltec systems AG in Bremgarten ist Handelspartner in der Schweiz für hochwertige Antriebs- und Steuerungstechnik sowie für Lasertechnologie. Darüber hinaus erstellen die Spezialisten durchdachte Konzepte für industrielle Automation. Dazu gehören auch Fräsanlagen für spezielle Einsatzbereiche. Diese konstruieren sie aus Standardkomponenten, die sie überwiegend aus ihrem Portfolio als Handelspartner weltweit anerkannter Hersteller nehmen. Beispielsweise die von Mario Montanaro konstruierten Flachbett-Fräsmaschinen OH-M60 können dank des modularen Konzepts in zahlreichen Varianten mit Arbeitstischen von 800 × 800 mm bis 3000 × 2000 mm aufgebaut werden. Sie können mit ein bis sechs Frässpindeln in luft- oder wassergekühlten Ausführungen mit 40 000, 60 000 oder80 000 min–1 Drehzahl ausgerüstet werden. Damit eignen sie sich zum Bearbeiten von Platten aus Schaumstoffen, Kunststoffen (Acryl, PMMA) und Holz. Wie Mario Montanaro ausführt, sind zudem Varianten mit Mehrspindelköpfen zum Bohren realisierbar, um produktiv Holzbauteile in der Möbelindustrie zu fertigen. Wahlweise werden auch Minimalmengen-Kühlschmiersysteme für die Bohr- und Fräswerkzeuge angebaut. Somit eignen sich die Flachbett- Fräsanlagen, um Aluminium zu bearbeiten. Alternativ rüstet der Hersteller teltec systems AG die Anlagen mit Multiprocessing -Fräsen und Lasern - oder vollständig mit Lasertechnologie mit einem bis vier Bearbeitungsköpfen aus. Dann können Unternehmen beispielsweise in der Medizintechnik darauf Bauteile aus dünnem Blech schneiden und markieren.
Weitere Informationen: teltec.ch
Bericht von Konrad Mücke aus SMM vom 9. Februar 2022