Intelligente Produktion in der digitalen Fabrik 4.0

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Normalerweise findet man automatisierte Roboterfertigungszellen, CNC gesteuerte Index-Dreh-Fräszentren und leistungsstarke Hermle-Fräsmaschinen eher bei großen Unternehmen. Wer ins schwäbische Urbach kommt, kann dies alles bei dem 20-Mann-Betrieb Prätecma bewundern und noch viel mehr Entdeckungen machen. Das rührige Unternehmen verfügt über einen vollausgestatteten, klimatisierten Messraum, diverse weitere Bearbeitungszentren für CNC-Flach- und Profilschleifen und eine eigene Baugruppenfertigung.

Prätecma Roboterzelle

Eine integrierte Roboterzelle handhabt automatisch die Paletten und Rohteile. – Bild: Prätecma

Ganz nebenher produziert Schäfer noch ein Kleinod der deutschen Drehmaschinengeschichte: Eine Miniaturdrehbank, wie sie früher von Boley Leinen hergestellt wurde. Die Miniaturdrehbänke sind ein Erbe aus der Anfangszeit, als Thomas Schäfer eine mechanische Fertigung mit sechs Mitarbeitern im Remstal übernahm und diese Drehbänke produzierte. “Ich habe schnell gemerkt, dass man mit manueller Fertigung nur sehr eingeschränkt wettbewerbsfähig ist und habe mich deshalb intensiv mit moderner Fertigungstechnik beschäftigt. Wir investierten zunächst in ein Dreh-Fräszentrum, um Aufträge mit komplexeren Teilen wirtschaftlich abwickeln zu können. Dadurch erreichten wir neue Kunden mit kleinen Losgrößen im Sondermaschinenbau und bauten den Kundenstamm kontinuierlich im Bereich Maschinenbau, Getriebebau und Messtechnik aus. Als Zusatzleistung stellten wir die Teile montagefertig her, bis zur kompletten Baugruppe. Wenn wir heute Teile und Baugruppen ausliefern, dann sind diese einer 100-Prozent-Qualitätsprüfung unterzogen worden, was aus den mitgelieferten Prüfprotokollen ersichtlich ist.”

Effektivitätssteigerung

Das Wachstum wurde jäh gebremst, als 2008 die Finanzkrise vielen Firmen das Leben schwer machte.

Prätecma Werkzeugverwaltung

Die Werkzeugverwaltung erfolgt in einem von der Janus AG integriertem Zusatzmodul. – Bild: Prätecma

Schäfer nutzte die Zeit, indem er sich tiefgreifend mit den Möglichkeiten der Effektivitätssteigerung beschäftigte: “Für mich ist klar geworden, dass uns nur eine hochgradige Automatisierung wettbewerbsfähig macht. Mein Ziel war die Anschaffung eines leistungsstarken CAD/CAM-Systems, um die Programmierung der Maschinen und die Rüstzeiten kurz zu halten. Dadurch erhöhen sich die Laufzeiten, was sich wiederum in einem 3-Schichtbetrieb mit einer weitestgehend mannarmen Produktion besonders positiv auf das Ergebnis auswirkt.”

Die Entscheidung fiel auf NX und NX-CAM von Siemens PLM Software mit der Janus AG als Anbieter. Inzwischen ist Siemens NX und Siemens NX-CAM zum Herzstück des Unternehmens avanciert. Schäfer beschreibt das so: “Eine manuelle Programmierung ist heute ausgeschlossen. Inzwischen wird kein Auftrag mehr ohne NX abgewickelt. Die Konturen im Maschinenbau enthalten aktuell so viele Designelemente wie Freiformflächen, Schrägen und ineinanderfließende Radien, dass eine manuelle Programmierung jeden zeitlichen Rahmen sprengen würde.”

Prätecma NX Cam

Ein leistungsstarkes Dreh-Fräszentrum ist nur mit Mehrkanalprogrammiertechnik ansteuerbar, wie sie NX-CAM bietet. – Bild: Prätecma

Höchste Ausbaustufe

Das ist auch der Grund, weshalb sich Schäfer zusätzlich zu der NX-CAM-Lizenz mit 2,5-Achsen, 3 Achsen, 5 Achsen, Drehen und Feature-Based-Manufacturing für eine NX-CAD-Lizenz in der höchsten Ausbaustufe entschieden hat. “Im Prinzip bräuchte jeder Lohnfertiger eine 3D-CAD-Lizenz. Denn oftmals kommen die 3D-Modelle aus der Konstruktion und sind noch nicht fertigungsgerecht aufgearbeitet. Beispielsweise definiert ein Konstrukteur einen Vollkreis aus zwei Halbkreisen, oder zwei versetzte Linien sollten eigentlich eine geschlossene Kontur ergeben. Solche Dinge müssen im Sinne einer optimalen Bearbeitung behoben werden. Eine andere Schwierigkeit stellen Gewinde dar, die als Löcher angelegt wurden, oder ein Kantenbruch am Modell mit einer pauschalen Entgradungsangabe, welche aber als Fase noch nicht ankonstruiert wurde. Häufig sind auch Bohrungen mit der Toleranz des Nennmaßes versehen, was so nicht zu fertigen ist.

Auf einen Blick

Siemens PLM – NX CAD/CAM
NX bietet vollständige CAM-Softwarelösungen für die Programmierung von Werkzeugmaschinen, die Nachbearbeitung und die Bearbeitungssimulation. Die Funktionen von NX in allen Modulen sorgen dafür, dass sich die Investitionen in die neueste Werkzeugmaschinentechnologie lohnen. NX CAM bietet einen breiten Funktionsumfang, der von der einfachen NC-Programmierung bis hin zur Hochgeschwindigkeits- und Multi-Achs-Bearbeitung reicht. Dadurch lässt sich eine Vielzahl von Aufgaben mit einem einzigen System erledigen. Dank der Flexibilität können Sie selbst die anspruchsvollsten Arbeiten ganz einfach ausführen.

Probleme selber lösen

Die Toleranzzugabe steht zwar in einer dem Modell zugehörigen Tabelle, wurde aber nicht am Modell selbst berücksichtigt. Schließlich müssen noch alle Bohrungen auf Toleranzmitte gebracht werden.

Prätecma Werkzeuge

Vom Rohling zum High-Tech-Werkzeug. Die Prätecma GmbH steuert alle CNC-Vorgänge mit NX-CAM, geliefert von der Janus AG. – Bild: Prätecma

Solche “Ungenauigkeiten” verzögern die Maschineneinrichtung und die Programmierung erheblich, wenn das Modell immer wieder mit Änderungswünschen an die Konstruktion zurückgeht. Schäfer löst solche Probleme lieber selbst. Die Modelldaten erhält er entweder als native NX-Datei oder in einem Austauschformat.

Die konsequente Nutzung der Siemens-PLM-Software-Funktionen und die Entscheidung für Janus AG brachten Schäfer weitere Vorteile. Mit dem “TechnologyManager” von Janus nutzt Prätecma eine umfangreiche Werkzeugverwaltung. Schäfer ist voll des Lobes darüber: “Die günstige Werkzeugverwaltung von Janus begeistert mich regelrecht! Nachdem wir alle Werkzeuge erfasst und katalogisiert haben, stehen diese nun in NX-CAM vollständig zur Verfügung. Die Erstellung von Werkzeugen ist besonders einfach und schnell. Die Definition der Werkzeuge für ein neues Bauteil wird aus diesem Katalog heraus gemacht. Dadurch sparen wir viel Zeit, denn die virtuellen Werkzeuge entsprechen 1 zu 1 den tatsächlichen und müssen nicht in NX-CAM neu programmiert werden.”

Eigene Bearbeitungsstrategie

Anwenderbezogene Zyklen, die Prätecma für die eigene Bearbeitungsstrategie benötigt, lassen sich über “UserCycle” abdecken, welches ebenfalls Bestandteil der “Janus-Plus”-Zusatzmodulreihe für Siemens NX-CAM ist.

Prätecma PLM NX Cam

Screenshot aus Siemens PLM NX CAM, der typische Bearbeitungsvorgänge bei Prätecma zeigt. – Bild: Prätecma

Besonders wichtig für absolut präzise Ergebnisse ist die NX-CAM-Funktion “On-Machine-Probing”. Hierbei werden schon bei der CAM-Programmierung Messzyklen, Toleranzen und Verfahrensanweisungen angegeben. Die Bearbeitung stoppt zum vorgegebenen Zeitpunkt, fährt mit einem Messtaster die gewünschten Stellen ab und macht einen Soll-Ist-Abgleich. Ist die Toleranz überschritten, erfolgt automatisch eine Nachbearbeitung. Sollte dies ebenfalls nicht zum Erfolg führen, kommt es zum Abbruch und Neuanfang mit einem frischen Teil. “Eben genau solche Funktionen helfen, die Produktivität zu steigern und eine höhere Prozessgenauigkeit zu erzielen, was uns wiederum wettbewerbsfähig macht”, erklärt Schäfer.

Bestärkt durch diese Entwicklung war es Schäfer möglich, die Kapazitäten seines Betriebs auszuweiten. Es folgte ein starker Wachstumsschub, welcher einen Umzug in größere Räume notwendig machte. “Hier können wir im Vergleich zu früher deutlich mehr und deutlich komplexere Aufträge annehmen. Erst vor kurzem ist die Anschaffung eines neuen 5-Achs-Fräszentrums erfolgt. In Verbindung mit einer Roboterzelle, welche die Handhabung der Paletten und Rohteile automatisiert durchführt, wurde die Flexibilität weiter erhöht. Die Programmierung der Abläufe geschieht selbstverständlich in NX-CAM.”

Prätecma Thomas Schäfer

Thomas Schäfer, Prätecma: “Mit NX-CAM habe ich mein Ziel eines mannarmen 3-Schichtbetriebes erreicht und erhebliche Einsparungen erzielt.” – Bild: Prätecma

Die Rüstzeiten für die Prätecma sind durch NX-CAM um mehr als die Hälfte verkürzt worden. Geschäftsführer Schäfer rechnet vor: “Mit NX-CAM habe ich mein Ziel eines mannarmen 3-Schicht-Betriebs erreicht und erhebliche Einsparungen erzielt. Liegt etwa die Bearbeitungszeit von einem Teil bei einer Stunde, benötige ich lediglich das 3- bis 4-Fache an Laufzeit, bis die Maschine gerüstet und eingefahren ist. Früher lag die Umrüstzeit bei mindestens einem Arbeitstag. Allein nur über die Kalkulation der eingesparten Maschinenstundensätze lohnt sich die Mehrinvestition in das leistungsstarke NX-System. Eine Amortisation binnen Jahresfrist spricht für sich. Weitere Aspekte wie gesteigerte Qualität, höhere Kundenzufriedenheit, breiteres Kundenspektrum und bessere Zusammenarbeit mit Kunden und Lieferanten sind da noch nicht eingerechnet. Gerade als kleines Unternehmen müssen wir in Mittel und Werkzeuge investieren, die den Automatisierungsgrad, die Qualität und die Prozesssicherheit fördern. Die Kombination aus Siemens NX CAD/CAM und Automatisierungstechnik ist unsere offensive Antwort auf die gesteigerten Wettbewerbsbedingungen.”

Kontakt:
Prätecma GmbH, D-73660 Urbach, Tel.: 07181/9935010, www.praetecma.de

Janus Engineering AG, D-71063 Sindelfingen, Tel.: 07031/75599-0, www.janus-engineering.de

Siemens Industry Software GmbH & Co. KG, D-81679 München, Tel.: 089/9697930, www.plm.automation.siemens.com, AMB Halle 4, Stand B12