Wie steigert intelligente Automation die Fertigungskapazität?

NTS Hengelo ist ein niederländischer Präzisionsteilehersteller, der hochgenaue Maschinenkomponenten für die Halbleiterindustrie produziert. Die Vorfertigung, die bereits Genauigkeiten und Toleranzen bis zu 0,02 Millimeter einhalten muss, galt lange Zeit als Flaschenhals in der Fertigung. Mit den automatisierten Index-Dreh-Fräszentren G220 und G420 ist es gelungen, die Zykluszeiten drastisch zu senken und damit deutlich mehr Fertigungskapazität zu schaffen.

Der Halbleitermarkt entwickelt sich rasant. Auf Mikrochips, diesen nur fingernagelgroßen Siliziumscheiben, sind heute oft mehr als 50 Milliarden Transistoren untergebracht. Um diese millionstel Millimeter großen Strukturen zu erzeugen, werden zimmer- bis hausgroße Belichtungsmaschinen eingesetzt. Der Weltmarktführer für solche Anlagen hat seinen Stammsitz in den Niederlanden. Er hat ein globales Netzwerk an Partnern, Lieferanten und Forschungseinrichtungen aufgebaut, zu dem unter anderem NTS in Hengelo und NTS in Drachten gehören.

Der First-Tier-Zulieferer ist auf die hochpräzise Zerspanung, die Wärmebehandlung, Mechatronik und Reinraummontage von Maschinenkomponenten spezialisiert, die eine Genauigkeit von bis zu 1 µm aufweisen. Sie werden vor ­allem in der EUV-Lithografie, Waferinspektion und Metrologie benötigt.

Während sich NTS Drachten auf kleinere Bauteile konzentriert, produziert NTS Hengelo größere Komponenten – inklusive Montage, Qualifizierung und Prüfung im Reinraum. Die Zerspanung dieser anspruchsvollen Teile ist oft ein mehrstufiger Prozess, für den in Hengelo über 70 moderne, hochwertige CNC-Werkzeugmaschinen zur Verfügung stehen. Dazu gehören vier- und fünfachsige Bearbeitungszentren, Dreh-Fräszentren sowie hochpräzise Schleif- und vollhydrosta­tische Präzisions-Hartdrehmaschinen.

Vorfertigung und Finish-Bearbeitung

Prozessingenieur Richard Veldhof erklärt: „Wir unterscheiden in Vorfertigung und Finish-Bearbeitung. Zunächst zerspanen wir aus dem Rohmaterial die Bauteile bis auf wenige hundertstel Millimeter genau und in definierter Oberfläche. Wenn Höchstpräzision gefordert ist, bearbeiten wir die Teile noch weiter auf unseren Schleif- oder hydrostatischen Hartdrehmaschinen, um µm-Genauigkeit sicherzustellen.“

Wichtige Partner für die Vorfertigung bei NTS Hengelo sind die Unternehmen Index und dessen langjähriger niederländischer Vertreter Laagland BV. Eddo Cammeraat, Geschäftsführer und Miteigentümer des Handelsunternehmens, weiß, dass NTS in Hengelo und Drachten als Präzisionsfertiger großen Wert auf hochwertiges Equipment legen. „Daher haben wir den Produktionsverantwortlichen empfohlen, für bestimmte Bauteile Dreh-Fräszentren von Index einzusetzen“, sagt Cammeraat. „Denn durch die Dreh- und Fräsbearbeitung auf einer Maschine, bei der bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig im Einsatz sein können, lassen sich Rüst- und Bearbeitungszeiten deutlich verkürzen.“

2020 investierte NTS in ein erstes Index-Dreh-Fräszentrum G220. Eddo Cammeraat erinnert sich: „Wir diskutierten über Zykluszeiten bei der Edelstahlbearbeitung. Zunächst war man in Hengelo skeptisch, ob sich die von Index errechneten Zeiten erreichen lassen. Erst nach einer Vorführung bei Index in Esslingen entschlossen sie sich zum Kauf. Vollends überzeugt waren Produktionsingenieur Peter Franken und seine Kollegen, als die Index G220 auch vor Ort die versprochenen Zykluszeiten und die geforderte Präzision erreichte: „Wir erzielen tatsächlich eine gigantische Zeitersparnis von rund zwei Drittel. Das resultiert im Wesentlichen daraus, dass wir Frässpindel und Revolver an Haupt- und Gegenspindel gleichzeitig arbeiten lassen.“

Mit Eddo Cammeraat freut sich auch Marc Müller, der zuständige Gebietsverkaufsleiter von Index, über den Verkauf und vor allem über die Folgen: „Es hat Jahre gedauert, bis wir unsere erste Maschine an NTS verkaufen konnten. Bis zur Bestellung der zweiten Index G220 dauerte es nur mehr zwei Wochen, und innerhalb eines Jahres orderte NTS zusätzlich zwei G420, eine davon mit der Roboterzelle iXcenter.“

Extrem flexibel bei maximaler Produktivität

Ausschlaggebend für die Investition in die G420-Dreh-Fräszentren, die in einem Backenfutter Bauteile bis zu 420 Millimeter aufnehmen können, war ein weiterer Besuch bei Index. Im Vorführzentrum Reichenbach erlebte das NTS-Fertigungsteam das damals neuentwickelte Dreh-Fräszentrum G420 unter Span. Peter Franken war begeistert: „Die Ausstattung mit einer leistungsstarken Haupt- und Gegenspindel, einer Motorfrässpindel und zwei Revolvern versprach – wie bei unseren inzwischen bewährten Index G220 – eine optimale hybride Bearbeitung. Außerdem konnten wir schon erkennen, dass die Index G420 über hervorragende Stabilitäts- und Dämpfungseigenschaften verfügt, sodass kaum Vibrationen auftreten. Damit können wir höhere Schnittwerte fahren und die Bearbeitungszeiten weiter verkürzen.

Da wir schon von der Index G220 wussten, dass wir uns auf die Zykluszeitberechnungen von Index verlassen können, wollten wir nach entsprechenden Informationen die Index G420 unbedingt und so schnell wie möglich haben.“

Gesagt – gekauft. Die Index-G420-Vorführmaschine wurde umgehend nach Hengelo geliefert. Doch Peter Franken und seine Kollegen hatten in Reichenbach noch etwas anderes entdeckt: die Index-Automatisierungszelle iXcenter. Angedockt an ein Dreh-Fräszentrum G400, übernahm dort ein Roboter das Be- und Entladen der Bauteile. „Automatisierung hat bei uns in der Vorfertigung eine große Bedeutung“, betont Prozessingenieur Richard Veldhoff. „Auch wenn unsere Losgrößen nur zwischen einem und 20 Stück liegen und die Laufzeiten durchaus mehrere Stunden betragen können, wollen wir automatisiert mannarme Nacht- und Wochenendschichten realisieren.“

Daher bestellte NTS Hengelo eine zweite Index G420 mit iXcenter. Gebietsverkaufsleiter Marc Müller erwähnt: „Da wir Maschine und Automatisierungszelle mit dem Roboter abgestimmt aus einer Hand liefern, dauert die Inbetriebnahme des iXcenters nur etwa eine Woche.“ Was für NTS von Vorteil war, da neben der Installation der normale Produktionsbetrieb weiterlaufen musste. Richard Veldhoff fügt hinzu: „Wir hatten im Jahr zuvor auch unsere beiden Index G220 von einem externen Dienstleister automatisieren lassen, allerdings als Fertigungszelle, in der ein Roboter beide Maschinen versorgt. Das war deutlich mehr Aufwand. Heißt: Wir hatten vier Wochen lang eine störende Baustelle.“

Schneller und prozesssicherer

Franken, Veldhof und ihre Kollegen aus der Vorfertigung sind mit den Index-Dreh-Fräszentren und besonders mit den neuen G420 sehr zufrieden: „Wenn man bedenkt, dass wir ausschließlich schwer zerspanbare Werkstoffe wie Invar, µ-Metall und Titan bearbeiten, dabei nicht selten die Toleranzklasse IT6 einhalten müssen, leisten die Maschinen hervorragende Arbeit. Wir erreichen die geforderte Qualität viel einfacher und schneller als bisher, wir profitieren von stabileren Prozessen und erzielen eine deutlich reduzierte Ausschussquote. War die Vorbearbeitung früher der Flaschenhals in der Produktion, so ist dieser durch unsere Index G420 endgültig beseitigt.“

Dennoch bedeutete die Arbeit mit den Index-Dreh-Fräszentren eine große Umstellung: „Früher galt es, erst das Teil auf der Hauptspindel zu bearbeiten und dann auf der Gegenspindel fertigzustellen. Jetzt zerspanen wir teilweise mit drei Werkzeugen gleichzeitig. Dank der Schulungen und der Index-Softwarelösungen Virtuelle Maschine und VPro haben wir diese Herausforderung schnell in den Griff bekommen und profitieren nun von kurzen Zykluszeiten und hoher Prozesssicherheit.“

Index-Software erleichtert Programmieren

Richard Veldhof erklärt: „Eine solches Dreh-Fräszen­trum mit drei Werkzeugträgern optimal zu programmieren, ist weder an der Maschine direkt noch über ein CAD/CAM-System einfach machbar.“ Seine Kollegen und er nutzen dafür die Programmierunterstützung ­Index VPro, die ein bild- und dialogunterstütztes Programmieren ohne große Vorkenntnisse ermöglicht. „Wir können in VPro alle Kanäle separat programmieren, zusammenbauen und später optimieren.“

VPro steht für eine Programmiermethode von Index, die den Bediener konsequent durch die Bearbeitung führt. Sie umfasst durchgängig sämtliche Bearbeitungstechnologien wie Drehen, Bohren, Fräsen und auch die Automatisierung von Maschinen und Werkstücken. „VPro ist von Haus aus in der Index-Sprache strukturiert, sodass Zyklen richtig aufgerufen und keine überflüssigen NC-Sätze generiert werden“, erläutert Marc Müller. „Das ist ein großer Vorteil gegenüber reiner CAD/CAM-Programmierung und einem postprozessor-generiertem NC-Programm.“

Komplexe Teilgeometrien, die zum Beispiel fünfachsig simultanbearbeitet werden, programmiert das NTS-Team dennoch übers CAD/CAM-System. VPro kann diese Elemente über eine Schnittstelle einlesen, in einem Postprozessorlauf in NC-Sätze wandeln und ins mit VPro erstellte NC-Programm integrieren. „Das klappt hervorragend“, bestätigt Peter Franken. „Anschließend gehen wir mit dem kompletten Programm auf die virtuelle Maschine, die die Bedienoberfläche der realen Maschine 1:1 auf dem PC abbildet. In dieser Software simulieren wir die programmierte Zerspanung, können eventuelle Störkonturen erkennen und eine Kollisionsbetrachtung durchführen. Das funktioniert so gut, dass es in den vergangenen Jahren auf keiner der Index-G-Maschinen zu irgendeiner Kollision kam.“

NTS benötigte bisher noch keinen größeren Ser­viceeinsatz, was für die Qualität der Maschinen spricht, aber auch für die Pflege und Wartung, bei der sowohl Laagland als auch Index stets unterstützend zur Seite stehen.

Quelle: Index-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky