Mess- und Automatisierungssoftware  Mit In-Prozess-Messung zur stabilen mannlosen Fertigung

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Bott Werkzeug- und Maschinenbau optimiert seine Fertigungsprozesse mit Hilfe der Mess- und Automatisierungssoftware FormControl X von Blum-Novotest. 

Die bei Bott auf dem Dreh-Fräszentrum Hermle C42 MT gefertigten Rohteile aus schwer zerspanbarem Edelstahl werden am externen Rüstplatz auf eine Palette montiert, die der Wechsler auf dem Rüstplatz positioniert hat. Beim Einwechseln der Palette gibt der Bediener das zum Rohling passende NC-Programm an. So füllt sich das Palettenlager, und mit der Bearbeitung kann gestartet werden. Zuerst erfasst der Messtaster hierbei den Nullpunkt der Palette und die Maschine beginnt dann das NC-Programm abzuarbeiten. Bei einem Kombinationsflansch dauert die Bearbeitung mehr als 20 Stunden. Daher ist es besonders wichtig, Fehler frühzeitig auf der Maschine zu erkennen. Beispielsweise werden vor dem letzten Schlichtvorgang die relevanten Maße mit dem Messtaster gemessen und dementsprechend das Werkzeug mit der Mess- und Automatisierungssoftware FormControl X korrigiert.

„Uns fehlte lange eine Möglichkeit, die Form- und Lagetoleranzen zu prüfen“

Im Verlauf dieser hochkomplexen Bearbeitung werden in Wolfegg immer wieder wichtige Maße überprüft. Dazu wird der Messtaster wie ein Werkzeug eingewechselt und die Messpunkte abgefahren. „Uns fehlte lange eine Möglichkeit, die Form- und Lagetoleranzen zu prüfen“, blickt Norbert Leins, CAD/CAM-Programmierer und Arbeitsvorbereiter, zurück. „Als Blum auf uns zukam, ob wir am Betatest für FormControl X teilnehmen möchten, haben wir deshalb sofort zugesagt – weil es genau diese Merkmale messen kann. Die Software ist sehr einfach zu bedienen, und man kann schnell die ersten Messprogramme per Mausklick erstellen.“ 

Kontextassistent erkennt Geometriebereiche automatisch

Dazu definiert Leins im Config-Client am zuvor importierten 3D-Model die Messpunkte. Der integrierte Kontextassistent erkennt Geometriebereiche automatisch und schlägt typische Messpunkte und Standardtoleranzen vor. Der Messjob wird dann auf den Server übertragen und von der Maschine zur Abarbeitung der Messpunkte abgerufen. Sehr gut gefallen hat Leins, dass er die in SolidWorks erstellten 3D-Modelle im CAM-System SolidCAM mit den Geometrien der Spannmittel ergänzen und diese Gesamtgeometrie dann in FormControl X übergeben kann. So ist die Spannsituation komplett abgebildet und bereits beim Erstellen der Messprogramme kann eine Kollision des Messtasters verhindert werden.

Eine Genauigkeit von fünf Mikrometern ist wichtig für den Folgeprozess

Auch die Koordinatensysteme werden aus dem CAM-Programm übernommen. In der Software definiert der Benutzer die zu messenden Punkte und Messwerte, das sind bei Bott unter anderem Durchmesser und Nutbreiten, aber auch die Ebenheit bearbeiteter Flächen. „Und da müssen wir innerhalb von fünf Mikrometern bleiben. Diese Genauigkeit der Lage ist wichtig für den Folgeprozess, in dem die Werkstücke geschliffen werden“, erläutert Florian Bott, Teamleiter der Fräserei. „Wir müssen einerseits etwas Aufmaß für das Schleifen stehen lassen, andererseits geht es umso schneller, je weniger Aufmaß abzutragen ist. So spart die genaue Bearbeitung auf dem Dreh-Fräszentrum viel Zeit.“ Direkt in der Nähe der Maschine steht ein Rechner, an dem der Maschinenbediener die Statistiken aller Messpunkte betrachten und bei Abweichungen sofort reagieren kann.

In der Software werden die Verfahrwege zwischen den Messpunkten automatisch berechnet. Dabei kann der Bediener definieren, ob sie eine intelligente Messpfadoptimierung ausführen darf, um die Messzeit möglichst kurz zu halten, oder ob einfach das vorgegebene Programm abgefahren werden soll. Danach folgt beim Programmieren die Simulation des Messprogramms und dabei eine Kollisionskontrolle – wie beschrieben auf Basis der gesamten Spannsituation.

Die statistische Prozesssteuerung trackt die Entwicklung der Messwerte

Eines der wichtigsten Features der Software ist die statistische Prozesssteuerung (Statistical Process Control; SPC). Diese Funktion ermöglicht es, die Entwicklung von Messwerten über die Zeit zu verfolgen und den Zerspanungsprozess anhand von zuvor definierten Warn- und Eingriffsgrenzen zu automatisieren. Jede Messung wird dafür in der Serverdatenbank der Software gespeichert und bei Bedarf im Webinterface angezeigt. So lässt sich beispielsweise der Verschleiß von Werkzeugen verfolgen oder andere Ungenauigkeiten identifizieren, die aus der Maschine oder vom Prozess erzeugt werden. „Sofern gewünscht korrigiert FormControl X die Zustellwerte, um den Verschleiß der Werkzeuge zu kompensieren“, erklärt Erhard Strobel, Vertriebstechniker bei Blum-Novotest. „In der SPC-Darstellung sieht man genau, wie das Werkzeug über die Zeit verschleißt, und kann rechtzeitig entsprechende Maßnahmen ergreifen. Die Zuordnung von Messergebnissen zum aktuellem Bauteil erfolgt dabei anhand einer eindeutigen ID.“ 

Alternativ bietet die Software die Möglichkeit, dass ein Werkzeug automatisch gegen ein Schwesterwerkzeug ausgetauscht wird, wenn der Verschleiß die vordefinierte Warngrenze überschreitet. Das ermöglicht die Einhaltung der Toleranzen auch im mannlosen Betrieb. Für die Werkzeugmessung und Überwachung ist in der Maschine das Lasermesssystem LC52-Digilog von Blum installiert, mit dem sowohl Fräs- als auch Drehwerkzeuge vermessen werden. So stellt Bott sowohl per Werkzeug- als auch Werkstückmessung sicher, dass die Zerspanungsprozesse zuverlässig durchlaufen.

„FormControl X macht den mannlosen Betrieb erst so richtig rund. Wenn etwas während dieser Zeit schiefläuft, würden wir es oft erst merken, nachdem auch die Folgeteile falsch produziert wurden“, stellt Norbert Leins fest. „Mit der Blum-Software reagiert das System flexibel. Ist ein Weiterbearbeiten beispielsweise nach einem Werkzeugbruch nicht mehr möglich, wird die betroffene Palette gesperrt, eine neue Palette geladen und ein Schwesterwerkzeug eingewechselt – so wird die weitere Zeit genutzt.“ Und dank der Verschleißkompensation bleiben die Messwerte innerhalb der gewünschten Genauigkeit.

Mannlos gefertigte Teile werden auf der Messmaschine überprüft

Trotzdem werden die mannlos gefertigten Teile am nächsten Morgen in Wolfegg stichprobenartig auf der Messmaschine überprüft. Das wird einerseits teilweise von den Kunden für das Lieferprotokoll so vorgeschrieben. Zudem ist nur der Messraum temperaturstabilisiert. Aber durch die mit der Software möglichen Messungen in der Maschine wird sichergestellt, dass auf der Messmaschine ausschließlich Gutteile gemessen werden. In der Betaphase hatten die Bott-Spezialisten die Messung zusätzlich auf der Messmaschine kontrolliert, aber es zeigte sich schnell, dass die Ergebnisse übereinstimmten. Dies schaffte Vertrauen in die Software und die Messung in der Maschine. 

Die Mess- und Automatisierungssoftware hat sich bei Bott nicht nur bewährt – es wurden auch die gesetzten Ziele erreicht: „So sollte die mit einem Palettenwechsler ausgestattete Maschine möglichst automatisiert rund um die Uhr laufen, zum anderen sind während und nach dem Zerspanungsprozess Maße zu kontrollieren, die nicht einfach von Hand zu messen sind“, zählt Norbert Leins auf. „Und nicht zuletzt sollten Form- und Lagetoleranzen gemessen werden, was so mit den Standard-Messzyklen nicht möglich ist.“

Hinzu kommen die Einsparungen im Prozess. Noch wichtiger ist für die Spezialisten jedoch, dass dieser optimal läuft. Schließlich kann der Mensch vergessen, ein Maß zu überprüfen, die Maschine aber nicht. Dass auch der Anbieter den Fertigungsprozessen vertraut, belegen die hin und wieder von Bott produzierten Zulieferteile für die Blum-Taster.

So fällt das Fazit sehr positiv aus: „FormControl X hat unsere Erwartungen erfüllt, wir konnten in der Produktion 30 Prozent Zeit einsparen und einen stabilen mannlosen Prozess etablieren. Gerade beim heutigen Facharbeitermangel ist das sehr wichtig“, fasst Jörg Osterkamp zusammen. „Dass die Präzision der Bearbeitung passt, ist für uns Grundvoraussetzung, das erfüllt die Software. Darüber hinaus brachte sie uns erhöhte Spindelzeiten und vor allem die statistische Prozesssteuerung, die uns die Transparenz und das Vertrauen in den Prozess liefert, die wir brauchen.“ Da Blum aktuell die Software an ältere Steuerungen anpasst, wird Bott die Software künftig noch auf weiteren Maschinen einsetzen.

Ralf Steck ist freier Journalist.