14.02.2020 – Kategorie: Komponenten & Systeme, Produktionsprozesse

Hartdrehen: Wie neue Messtaser die Fertigung optimieren

Hartdrehen ist für das Unternehmen myonic ein wichtiges Verfahren bei der Fertigung von Werkzeugmaschienenlagern. Was eine neue Messtaster-Lösung hier gebracht hat.

Hartdrehen: Das Präzisionshartdrehen zählt im Geschäftsfeld Werkzeugmaschinenlager von myonic zu den wichtigsten Fertigungsschritten. Gedreht wird in Leutkirch im Allgäu direkt auf Endmaß mit einstelligen μ-Toleranzen. Wichtige Werkstückmaße werden jetzt mit einer Messtaster-Lösung von Blum-Novotest direkt in der Maschinenaufspannung gemessen. Mit dem positiven Ergebnis einer höheren Messgenauigkeit, eines verbesserten Fertigungsprozesses und einer kürzeren Durchlaufzeit.

Die Wurzeln von myonic reichen bis zur Gründung von Roulements Miniatures de Bienne S.A. (RMB) im Schweizer Kanton Biel im Jahr 1936 zurück. 2001 wurde die RMB S.A. schließlich in myonic GmbH umbenannt. Seit 2009 gehört myonic als selbstständig agierendes Unternehmen zur MinebeaMitsumi-Gruppe. Die Japaner sind mit 90 Tochterunternehmen in 27 Ländern und rund 100.000 Mitarbeitern mit Abstand Marktführer bei hochpräzisen Teilen und Baugruppen, die weltweit an so ziemlich alle hierfür relevanten Industriebranchen geliefert werden. myonic hat sich zwar ursprünglich auf Teile und Komponenten für die Dentalindustrie fokussiert, wo man ebenfalls seit vielen Jahren Weltmarktführer ist, das kontinuierlich erweiterte Produktportfolio umfasst mittlerweile aber auch die Geschäftsfelder Werkzeugmaschinen, Medizin- und Feinwerkzeugtechnik, Automotive sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Hartdrehen bei der Herstellung von Werkzeugmaschinenlagern

Die Aktivitäten rund um Werkzeugmaschinenlager sind in einer exakt klimatisierten Halle an einem zweiten Standort in Leutkirch zusammengefasst, an dem sich auch der Arbeitsplatz von Christoph Sauter befindet, der als Fertigungsleiter für die Herstellung dieser Präzisionslager verantwortlich ist: „Die Hochpräzisions-Rollenlager werden zum Beispiel für Rund- oder Schwenktische, Fräsköpfe oder Schwenkspindeln in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Diese zweiseitig wirkenden, anschraubbaren und einbaufertigen Präzisionslagereinheiten bilden bei myonic die AXRY-Lagerfamilie.“ Die Axial-Radiallager bestehen aus drei Ringen: Innenring, Außenring und Axialscheibe. Hinzu kommen die Zylinderrollen, Axial- und Radialkäfig, Schmiermittel sowie die Halteschrauben, die das montierte Lager zusammenhalten. Die Ringe bestehen aus dem bei Lagerringen und Wälzkörpern bewährten Chromstahl, die bei myonic ausschließlich auf Drehzentren hart bearbeitet werden.

Der Prozess des Hartdrehens läuft in zwei Schritten auf unterschiedlichen Maschinen ab: Schruppen und Schlichten. Das Feinschlichten auf Endmaß mit einstelliger μ-Toleranz findet dann in einer Aufspannung und ohne weitere Nachbearbeitung größenabhängig auf einer Horizontal- oder Vertikaldrehmaschine statt. Zerspant wird nass (Kühlschmierstoff), gespannt werden die Werkstücke auf speziellen Magnetspannfuttern. Diese sehr steifen Maschinen mit extrem hoher Wiederholgenauigkeit stammen alle von dem niederländischen Präzisionsspezialisten Hembrug und verfügen über so exzellente Details wie hydrostatische Hauptspindel, Granit-Maschinenbett und präzise Temperaturregelung. An dieser Stelle kommt nun auch Blum-Novotest ins Spiel.

Präzise Messtechnik für das präzise Hartdrehen

„Wir messen inzwischen wichtige Maße, die in Z-Richtung liegen, gleich in der Aufspannung, also direkt auf der Maschine. Eine Neuerung, die heute signifikant zur Verbesserung der Fertigungsabläufe beiträgt”, berichtet Martin Haug, der als Bereichsleiter Fertigung auch für die Drehbearbeitung verantwortlich ist. „Diese hochgenaue Aufgabe übernimmt der berührende Taster TC52 von Blum-Novotest, der die Messwerte an einen Infrarotempfänger im Maschinenraum überträgt.“ Der TC52 wird auf den Hembrug Horizontal-Hartdrehmaschinen über den Werkzeugrevolver in Position gebracht.

Die Messungen, die BLUM den Allgäuern heute in Z-Richtung abnimmt, sind vorher manuell außerhalb der Maschine gemacht worden. Gemessen werden bei myonic alle wichtigen geometrischen Merkmale bei jedem Lager. Das sind Stufen, Breite des Außenrings, Innen- und Außendurchmesser, ebenso alle Anschlussmaße wie zum Beispiel die Bohrung, also die Stelle, wo der Kunde das Lager auf seine Welle schiebt. Alles dies ist in einer Dokumentation zusammengefasst, die der Kunde zusammen mit dem Lager erhält. Neben der generellen Verbesserung des Fertigungsprozesses hat man sich in Leutkirch durch die Taster-Lösung auch eine noch höhere Genauigkeit beim Messen versprochen.

Mit Skepsis ans Pilotprojekt

Ebenso wichtig: Die Messwerte sollten schon während der Aufspannung zur Verfügung stehen. Schließlich muss der Prozess stabil gehalten und möglichst zeitnah die Information vorliegen, ob zum Beispiel nachgestellt werden muss. Daher nahm myonic Kontakt mit Blum-Novotest auf. Deren Kompetenz auf diesem Gebiet war im Hause bereits unter anderem durch Messebesuche und Empfehlungen von Branchen-Kollegen bekannt, dennoch setzte man noch keine Lösungen von Blum in Leutkirch ein. Daher handelte es sich um ein Pilotprojekt mit Blick auf eine Zusammenarbeit mit Blum-Novotest. Zudem wurde das Projekt zu diesem Zeitpunkt auch noch mit einer gewissen Skepsis begleitet, wie die Allgäuer offen zugeben.

„Erste Tests zeigten aber schnell, dass unsere Skepsis unbegründet war und das hochgenaue Werkstück-Messen die Erwartungen aller Beteiligten erfüllt und zum Teil übertroffen hatte. Denn jetzt konnten wir die Stufen sowie die Breite des Außenrings direkt in der Aufspannung teilautomatisiert messen“, unterstreicht Christoph Sauter. „Das sind für uns extrem wichtige Maße: Wir haben hier drei Laufbahnen, einmal radial und zweimal axial – wenn man sich die Laufbahn als Hohlraum vorstellt, wollen wir wissen, wie groß dieser ist.“ Denn dessen Größe wird über die Stufen definiert. So weiß der Mitarbeiter bei der Montage des Lagers, welches Abmaß und welcher Zylinderrollen-Durchmesser zueinander passen, um die richtige Vorspannung zu erhalten.

Projektstart

Der Start des Projekts erfolgte mit einem eintägigen Workshop am Hauptsitz von Blum-Novotest im nicht weit von Leutkirch entfernten Grünkraut bei Ravensburg. Danach wussten die Spezialisten von myonic, was alles möglich ist, worauf es bei den Tastern ankommt sowie welche Genauigkeiten erreichbar sind. Und wie sich zum Beispiel die Mess- und Kalibrierzyklen mit dem Softwaretool Quickstart recht unkompliziert generieren und steuerungsseitig implementieren lassen.

Ausgestattet mit diesem Wissen wurde dann eine horizontal arbeitende Schrägbettmaschine als Pilotprojekt ausgewählt und die In-Prozess-Messlösung implementiert. Mit involviert war auch Erhard Strobel aus dem Technischen Vertrieb von Blum-Novotest, der regelmäßig in Leutkirch vorbei schaute und das Projekt intensiv begleitete. Der Erfolg konnte sich schnell sehen lassen.

In-Prozess-Lösung führt zu besseren Ergebnissen beim Hartdrehen

Gegenüber dem manuellen Messen führte der Wechsel zur In-Prozess-Lösung also zu genaueren Messergebnissen. Die dahinterstehende Logik: Das zuvor eingesetzte Höhenmessgerät hat eine höhere Toleranz als der TC52-Messtaster in der Maschine, dessen Schaltpunktgenauigkeit BLUM mit 0,3 μm in den Antastrichtungen X, Y, Z angibt. Da bei dieser Anwendung der Taster nur in Z-Richtung bewegt wird, hat man hier sogar eine Schaltpunktgenauigkeit von etwa 0,1 μm und liegt somit noch viel höher als die Gesamtgenauigkeit.

„Hinzu kommt zwar noch die Toleranz der Maschine, die aber aufgrund der hohen Präzision von Maschine und Magnetspanntisch sehr gering ist“, ergänzt Erhard Strobel aus dem Technischen Vertrieb von Blum-Novotest. „Einen Riesenvorteil stellt zudem das Handling der Messobjekte dar.“ Denn die AXRY-Lager gibt es in der Baugröße 50 mm, die nur wenige Kilogramm wiegen, bis hin zu 650 mm Bohrungsdurchmesser, die knapp 200 kg auf die Waage bringen. Man kann sich vorstellen, dass bei diesem Gewicht der Handling-Aufwand beim manuellen Messen enorm ist.

Je größer die Teile, desto größer ist für myonic der Vorteil der In-Prozess-Messung. Nach diesem erfolgreichen Start wurden bei myonic dann auch die anderen Hembrug-Drehmaschinen mit den TC52-Tastern ausgerüstet.

Maschinen zum Hartdrehen von Hembrug

Erwähnt werden sollte noch eine der Herausforderungen bei der hier beschriebenen Anwendung, die für den Messtaster TC52 eigentlich zum normalen Alltag zählt. Denn im Gegensatz zu Fräszentren, wo sich die nicht eingewechselten Werkzeuge geschützt in einem Magazin befinden, sind diese bei den meisten Drehzentren – so auch bei den Horizontal-Hartdreh-Maschinen von Hembrug – auf einem Revolver untergebracht. Und somit auch der Messtaster. Obwohl nur gemessen wird, wenn die Spindel steht, ist der Taster Kühlmittelstrahl und Späneflug ebenso ausgesetzt wie Vibrationen und heftigen Bewegungen, zum Beispiel durch den schnelldrehenden Revolver.

Deshalb muss der Taster nicht nur hochgenau, sondern mechanisch besonders robust ausgelegt sein. Hier zeigt sich der Vorteil der Werkzeugmaschinen-Messtaster von BLUM, deren Schaltsignal optoelektronisch durch Abschattung einer Miniaturlichtschranke generiert wird. Dieses Messwerk hat auf dem Revolver laut BLUM auch nach Millionen von Messungen noch die gleiche hohe Präzision.

Mit dem Projektergebnis sind die Allgäuer sehr zufrieden, schließlich wurde man nochmals genauer und erfasst jetzt mehr Messpunkte in kürzerer Zeit. „Das gibt uns im Montageprozess bei der Verpaarung eine deutlich höhere Sicherheit. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist zudem die Entlastung der Mitarbeiter, die nun mehr Zeit für andere Arbeiten haben“, fasst Christoph Sauter zusammen. „Auch wenn sich der Prozess in der Maschine verlängert hat, sind durch den Einsatz der Messtaster die Gesamtdurchlaufzeiten gesunken. Deshalb planen wir, zukünftig mit BLUM die Durchmesser ebenfalls direkt auf der Maschine zu messen.“

Über Myonic

Die in Leutkirch im Allgäu beheimatete myonic GmbH ist mit ihren insgesamt 565 Mitarbeitern ein Branchenriese im Bereich Dentalkomponenten. Hierzu zählen hochpräzise Miniaturkugellager, die auch bei Vibrationen, Zahnstaub und Speichelspritzern mit bis zu 500.000/min zuverlässig funktionieren müssen. Die weiteren Geschäftsfelder haben ebenfalls alle viel mit Erfahrung auf den Gebieten Präzisionsbearbeitung, Tribologie und Werkstoff-Know-how zu tun. Mit 67 Prozent trägt aber der Medizin- und Dentalbereich nach wie vor den größten Anteil zum Umsatz bei. Fertigungsleiter Christoph Sauter fasst die Aktivitäten in diesem Bereich im Scherz wie folgt zusammen: „Man könnte sagen, Produkte von myonic haben wir fast alle schon mal im Mund gehabt, wissen es jedoch nicht.“

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