Transferbearbeitung mit FANUC CNCs

Serienfertigung mit flexiblen Maschinen

ANGER-Transferzentren vereinen die Vorteile von Bearbeitungszentren und Transferstraßen 

ANGER MACHINING hat sich einen Namen gemacht als Pionier von Serientechnologie für CNC-gesteuerte Serienbearbeitungssysteme. Diese sogenannten Transferzentren sind zwischen Bearbeitungszentrum und Transferstraße angesiedelt und gestatten eine flexible Serienproduktion mit hohem Durchsatz. Dazu zählen auch zwei HCXchange 2000-Maschinen mit einer FANUC CNC der Serie 31i, die an den Automobilzulieferer Magna geliefert wurden.

Die österreichische ANGER MACHINING GmbH mit Sitz in Traun produziert Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungssysteme. Das Unternehmen hat neue Produktivitätsmaßstäbe gesetzt und sich erfolgreich auf dem Weltmarkt etabliert. Nicht zuletzt durch das 1984 entwickelte Konzept der Reihenmaschine. Das Besondere dieses Maschinenkonzepts bringt Dipl.-Ing. Roland Haas, Technischer Leiter bei ANGER, auf den Punkt: „Wir haben das Prinzip einer Transferstraße in einer einzigen Maschine umgesetzt.“ Das Werkstück wird in eine Spannvorrichtung geladen und dann von einer feststehenden Spindel blitzschnell zur nächsten transportiert. Die Span-zu-Span-Zeiten sind extrem kurz – im Idealfall nur 0,3 Sekunden. Die Werkstücke lassen sich in allen Raumachsen linear bewegen und drehen. Dies ermöglicht sogar eine Bearbeitung von sechs Seiten.

Im Fokus: Nebenzeiten reduzieren

Alle Werkzeuge sitzen in speziellen Bearbeitungsspindeln und Mehrspindelköpfen, die auf bis zu vier Seiten des Bearbeitungsraums der Maschine montiert sind. Die produktiven Maschinen erlauben Werkzeugwechsel ganz ohne Nebenzeiten. Denn die flexiblen ANGER-Maschinen führen Werkzeugwechsel während der Hauptzeit parallel durch. Vorteile gegenüber herkömmlichen Bearbeitungszentren: verkürzte Zykluszeiten, erhöhter Durchsatz und wesentlich geringerer Platzbedarf.

Die Maschine erledigt in ungefähr 20 bis 40 Stationen alle anfallenden Bearbeitungen äußerst präzise, da das Werkzeug in exakt derselben Stellung in der Werkzeugaufnahme positioniert bleibt. Die Aufspannung erfolgt nur einmal, was Fehler beim Spannen und manuellen Positionieren vermeiden hilft. Die ANGER-Transferzentren erzielen so prozesssichere Positionstoleranzen von 0,015 mm, Durchmessertoleranzen im Bereich von IT 5 und Rundheiten von bis zu 0,001 mm.

Hoch dynamische Verfahreigenschaften mit Bearbeitungsgeschwindigkeiten bis zu 90 m/min und 1 g Beschleunigung sind weitere Vorteile, die aus den geringen bewegten Massen resultieren. Dies schont zudem die mechanischen Anlagenkomponenten. Die Maschinenbetten sind mit schwingungshemmendem Stahlbeton verstärkt und je nach Maschinenausführung bis zu 25 Tonnen schwer. Das Ergebnis: höchste Steifigkeit.

Von der Brillen- bis zur Automobilindustrie

ANGER-Transferzentren eignen sich ideal für die Fertigung identisch oder ähnlich gestalteter Werkstücke mit Stückzahlen zwischen 150.000 und 500.000 pro Jahr. In der frühen Unternehmensgeschichte lieferte ANGER seine High-Performance-Maschinen in erster Linie an die Brillenindustrie. Sie konnten Brillenrahmen aus Kunststoffblöcken voll automatisiert und effizient mit mehreren Werkzeugen fräsen und so die Nebenzeiten reduzieren.

Nachdem die besser werdende Spritzgusstechnologie die Zerspanung als Bearbeitungsmethode verdrängte hatte, bediente ANGER den wachsenden Mobiltelefonmarkt. Beispielsweise um Magnesiumrahmen für Ericsson-Handys zu fräsen. Von der Handybranche ging es dann sehr schnell in Richtung Automobilindustrie, wo ebenfalls entsprechende Stückzahlen gleicher Werkstücke benötigt werden. Anfangs waren das vor allem Wellen und würfelförmige Bauteile aus Aluminium. Die späteren Maschinenmodelle ANGER HCS und HCP haben dann das Einsatzspektrum auf ABS-Zylinder und viele andere kleine, komplexe Bauteile ausgeweitet.

HCX-Maschinen: größere Verfahrwege und höhere Steifigkeit

ANGER entwickelte seine Maschinen stetig weiter. Aus der HCP-Serie ging die HCX hervor. Das bewährte Grundprinzip mit feststehenden Spindeln und bewegtem Werkstück wurde beibehalten aber vollkommen überarbeitet. Auffälligste Neuerung ist der Flanschrahmen, an dem die Bearbeitungsspindeleinheiten frei angebaut werden und einfach umgebaut werden können.

Roland Haas berichtet: „Wir haben für die HCX eine voll mechatronische Entwicklung durchgeführt und das gesamte Spektrum der virtuellen Simulation genutzt.“ Zunächst berechneten und verglichen die Entwickler verschiedene Fahrständermaschinenkonzepte mit Sonderbearbeitungseinheiten. Die Wahl fiel letztendlich auf letztere Option. Zusammen mit diversen Partnern entwickelten sie das Konzept weiter. Die Entwickler optimierten verschiedene Bauteile in mehreren Entwicklungsschleifen mit einem mechatronischen Simulationssystem. Roland Haas konkretisiert: „Wir haben an entscheidenden Stellen die Steifigkeit verbessert und dort Material reduziert, wo Gewicht bewegt wird. Außerdem wurde das Regelungsverhalten aller Achsen simuliert und optimiert. Erst nachdem alle Simulationen okay waren, haben wir den HCX-Prototyp gebaut.“ Zuletzt verbesserte ANGER noch die Montage-und Wartungsfreundlichkeit sowie die Standzeit der neuen Maschine.

Der Maschinenbauer entwickelte zudem ein CAM-System zur Simulation der späteren Zerspanung unmittelbar nach dem Auftragseingang. „Wir sind so in der Lage, die Spindeln garantiert kollisionsfrei auslegen zu können“, erklärt Roland Haas. ANGER arbeitet letztendlich als Generalunternehmer. Das heißt, das Unternehmen liefert nicht nur die Maschine, sondern stellt den kompletten Bearbeitungsprozess mit vorgegebener Zykluszeit sicher. Das Projekt wird dem Kunden schlüsselfertig übergeben. Einschließlich CNC-Programm, statistischem Qualitätsnachweis und Automatisierung.

Die Markteinführung der ANGER FLXBL bildete 2014 den nächsten Meilenstein in der Geschichte des Unternehmens. Diese Maschine ist ein flexibles, standardisiertes und modular aufgebautes Transferzentrum für die Zerspanung von Präzisionsteilen in der Mittel- und Großserie. Sie bearbeitet verschiedenste Werkstücke unterschiedlicher Stückzahl in mehreren aufeinanderfolgenden Produktlebenszyklen. Die dazu erforderliche Neukonfiguration erfolgt schnell und einfach. Anlagenbetreiber profitieren mit dieser flexiblen Anlage von höchstmöglicher Investitionssicherheit und den Vorzügen einer bewährten Transferzentrum-Technologie.

Magna: Hochpräzisionsfertigung von Serienteilen

Im Jahr 2011 lieferte ANGER zwei HCXchange 2000-Maschinen – im Prinzip der Vorläufer der ANGER FLXL – an die österreichisch-kanadische Magna-Gruppe, die zu den weltweit größten Automobilzulieferern gehört und ihre Europazentrale nur 2,5 Stunden von Traun entfernt in Oberwaltersdorf hat. Die beiden ANGER-Maschinen fertigen am Produktionsstandort Lannach in der Steiermark Ausgleichswellengehäuse für Benzin-Ottomotoren. 300.000 Stück pro Jahr. Die Werkstücke müssen für die komplette Bearbeitung nur einmal aufgespannt werden. Eine zentrale Automationszelle mit Roboter zwischen beiden Maschinen bedient diese mit Rohlingen und legt die fertig bearbeiteten Teile auf ein Förderband. Diese Bearbeitungslösung ist für Magna Powertrain Lannach die wirtschaftlichste, da sie geringen Platzbedarf mit niedrigsten Stückkosten kombiniert. Die Maschinen lassen sich zudem für andere Werkstücke flexibel umrüsten. Die Werkstückbearbeitung ist äußerst komplex und erfordert größte Präzision sowohl bei Bohrungen für Lagerstellen als auch bei Flanschbildern, Planwerten und Bezugspunkten. Die HCXchange führt alle erforderlichen 35 Bearbeitungsschritte mit einer Zykluszeit von 114,25 Sekunden pro Teil aus. Einschließlich der voll automatisierten Beladung. Mehrfach-Werkzeugköpfe steigern den Durchsatz beim Bohren und Gewindeschneiden noch deutlich.

Steuerungs- und Antriebstechnik von FANUC

Magna orderte die beiden ANGER HCXchange-Maschinen mit Steuerungs- und Antriebstechnik von FANUC – für ANGER keine neue Partnerschaft, denn bis vor etwa fünf Jahren wurden hauptsächlich Komponenten des CNC-Weltmarktführers eingesetzt. Roland Haas erklärt dazu: „Damals waren wir viel für den nordamerikanischen Markt tätig, der überwiegend FANUC Steuerungen nachfragte. Die Zusammenarbeit mit FANUC war sehr gut. Die Produkte arbeiteten absolut zuverlässig, weswegen der Service- und Wartungsaufwand minimal war. Als dann der wirtschaftliche Niedergang in Nordamerika und die Krise der dortigen Automobilindustrie begann, ging auch die Zusammenarbeit mit FANUC zurück. Wir von ANGER freuten uns daher sehr, als die Magna-Gruppe den Auftrag für HCXchange-Maschinen mit FANUC CNC erteilte. Damit ist dieser verlässliche, starke Partner wieder mit im Boot.“

Aber nicht nur die FANUC CNC der Serie 31i fand Beachtung. Auch das Antriebssystem der gemäß der modularen Bearbeitungseinheit aufgebauten Maschinen sorgte für größte Aufmerksamkeit. Eine Besonderheit ist beispielsweise das Verfahren in horizontaler Richtung, das über zwei Kugelumlaufspindel im Parallelbetrieb realisiert wird. Hierfür galt es die richtigen Einstellungen zu wählen und den zuverlässigen Regelungsabgleich sicherzustellen. Schließlich ist Positionsgenauigkeit im Mikrometerbereich erforderlich.

Eine weitere Herausforderung stellten die zu integrierenden Drittanbietermotoren dar. Denn ANGER setzt in seinem Maschinenkonzept selbst entwickelte Hohlwellen-Servomotoren ein. Der standardmäßige 4-Achsen-Betrieb der ANGER HCX-Maschinen war auch ein Thema. Eine fünfte Achse wird auf Kundenwunsch in der Spannvorrichtung realisiert. Roland Haas berichtet: „Bei dem Magna-Auftrag mussten wir erstmals einen Doppel-Torque-Antrieb einsetzen. FANUC half uns auch bei dieser Antriebsanpassung und -optimierung.“

Steuerungshersteller bietet Spezialistenwissen als Dienstleistung

Um all die Antriebs- und Steuerungsaufgaben zu lösen, war Spezialistenwissen gefragt, das die deutsche FANUC Niederlassung mit Unterstützung aus Japan beisteuerte. Roland Haas ist zufrieden: „Es waren FANUC Steuerungsexperten bei uns, die das Produkt bereits von früher sehr genau kannten. Sie boten uns echten First-Level-Support.“

Sonder- oder Spezialzyklen muss die Steuerung nur sehr eingeschränkt meistern. Vielmehr geht es ANGER darum, dass möglichst alle Bearbeitungsvorgänge und Verfahrbewegungen mit einfachen Befehlen und Standardfunktionen programmiert werden können. Mit dem Vorteil kurzer Zyklen. Daher sind für ANGER im Kampf um Zehntelsekunden die Satzvorausschau der Steuerung und die sehr kurze SPS-Zykluszeit entscheidende Kriterien.

Die zwei Doppelwerkzeugwechsler pro Maschine stellten zudem höchste Ansprüche an die SPS-Programmierung. FANUC übernahm diese Programmieraufgaben. Laut Roland Haas war es für ANGER sehr wichtig, dieses Spezialwissen direkt bei FANUC als Dienstleistung zukaufen zu können. Serienfertiger profitieren seiner Meinung nach am meisten von der Zuverlässigkeit der FANUC Antriebs- und Steuerungstechnik. Nachdem alles implementiert und getestet war, funktionierte es auch dauerhaft, sagt er. Sollte aber einmal ein Komponententausch notwendig sein, wäre dieser sehr einfach durchzuführen.

Bedienerfreundlichkeit dank Visualisierung

Auch bei der Bedienerfreundlichkeit kann ANGER auf FANUC zählen.  Der Maschinenhersteller hat in eine intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) investiert, die den Bediener durch vielfältige Visualisierungen unterstützt. So zeigen beispielsweise integrierte Fotos exakt an, wo Störungen aufgetreten und wie diese zu beseitigen sind. Derartige kundenspezifische Benutzeroberflächen waren zugegebenermaßen in der Vergangenheit keine Stärke der FANUC Steuerungen. Dies hat sich jedoch geändert. Roland Haas bestätigt: „FANUC bietet inzwischen Visualisierungsmöglichkeiten, die uns und vor allem den Maschinenbedienern sehr zugute kommen.“ ANGER machte Vorgaben, wie die Bildschirme auszusehen haben. FANUC übernahm dann die Entwicklung und Integration der Bildschirme.

ANGER MACHINING GmbH: Maschinen für die flexible Serienproduktion

Das internationale Maschinenbauunternehmen mit Sitz im österreichischen Traun hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Transferzentren spezialisiert. Vor allem die Automobilindustrie setzt die Systeme zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ein, um Serienteile mit besonders hohen Präzisionsanforderungen zu fertigen. Den Schwerpunkt bilden hier Motoren-, Getriebe- und Fahrwerksteile aus Aluminium oder Stahl. Das Unternehmen hat sich seit der Gründung 1982 erfolgreich auf dem Weltmarkt etabliert und unterhält mittlerweile drei Niederlassungen – in Deutschland, den USA und Japan. Hinzu kommen zahlreiche Partner für Vertrieb und Service.

ANGER-Transferzentren bearbeiten unter anderem Ventilgehäuse für Automatik- und Doppelkupplungsgetriebe, Getriebegehäuse, Grundplatten, Ausgleichswellen- und Nockenwellengehäuse und andere prismatische Präzisionsbauteile oder Motor- und Getriebewellen.

Kunden sind internationale Automobilhersteller wie Daimler und VW sowie weltweit führende Zulieferer wie ZF, Magna, Mahle, ThyssenKrupp Presta, INA Schaeffler, Bosch und Linamar sowie zahlreiche Druckgussbetriebe.