Industrie 4.0 Digitalisierung im Werkzeugbau: flexibel dank Standards - Industrie.de

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Digitalisierung im Werkzeugbau: flexibel dank Standards

Die Stammberger Werkzeugbau GmbH ist ein gutes Beispiel dafür, wie KMUs von der Digitalisierung profitieren können. Foto: zapp2photo – Fotolia
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Die Stammberger Werkzeugbau GmbH in Bad Rodach bei Coburg hat sich auf die Fertigung komplexer Frästeile spezialisiert. Hier versteht man sich als Vorreiter der industriellen Digitalisierung: Zum Einsatz kommen Softwarelösungen für den prozesssicheren Datentransfer vom CAM-System bis an die Maschine sowie ein leistungsfähiges Einstellgerät des Vermessungs-Spezialisten Zoller.

Bei Stammberger wird eine große Vielfalt an Bauteilen und Prototypen mit einem Maschinenpark von 8 CNC-Maschinen, aber lediglich 16 Mitarbeitern gefertigt. Um auch individuelle Kundenanfragen bedienen und so wettbewerbsfähig bleiben zu können, ist eine hohe Flexibilität notwendig – dabei helfen neue Technologien und eine gute Organisation. Denn: „Wer vorne mit dabei sein möchte, muss die neueste Technologie einsetzen, speziell in Regionen, in denen Fachkräfte Mangelware sind“, so Geschäftsführer Wolfgang Stammberger.

Grundlage: Vernetzte Fertigungselemente
In der Fertigung finden sich unter anderem moderne 5-Achszentren von Hermle und DMG, Erodier- und Drahtschneidemaschinen sowie ein CNC-Einstell- und Messgerät von Zoller. Die Fertigungselemente sind untereinander vernetzt – entscheidend für eine smarte Fertigung: „Deshalb haben wir auf Lösungen von Zoller gesetzt, denn sie lassen sich in die bestehende Fertigung integrieren und ermöglichen einen prozesssicheren Datentransfer vom CAD/CAM-System bis an die Maschine. Das Einstellgerät und die Werkzeugverwaltungssoftware arbeiten auf Basis derselben Datenbank“, erklärt Wolfgang Stammberger. Auch ist das Einstellgerät für alle eventuellen Veränderungen gerüstet und kann jederzeit ausgebaut werden – beispielsweise um eine Werkzeugidentifikation via RFID oder Softwaremodule für eine erweitere Werkzeugverwaltung.
Der zweite Schritt: Standardisierung
Doch kann auch die beste Technologie nur so effizient eingesetzt werden, wie es die Datenstruktur und die Fertigungsumgebung ermöglichen. Um den Fertigungsprozess sicherer und effizienter zu gestalten, mussten die Werkzeuge und deren Datenbasis zunächst standardisiert werden. Mit Hilfe der Werkzeug-Verwaltungssoftware TMS von Zoller wurden die vorhandenen Werkzeugdaten systematisiert und eine Datenstruktur geschaffen; Standards für die Werkzeuge bezüglich Zusammenbau, Simulation, Toleranzen und Beschaffung wurden eingeführt sowie die Kontrolle des Lagerbestandes durch konsequentes Buchen realisiert.
Dafür wurden die Werkzeuge nach ihrer Einsatzhäufigkeit in drei Gruppen aufteilt:
  • Erstens „Standardwerkzeuge“ mit fest definierten Komponenten, Ausspannlängen und Schnittwerten, welche von der CAM-Programmierung bevorzugt genutzt werden.
  • Die zweite Gruppe: „Komplettwerkzeuge“, welche vom Standard abweichen, jedoch mit fest definierten Komponenten, Ausspannlängen und unter Umständen Schnittwerten. Diese werden bei Bedarf von der CAM-Programmierung genutzt oder aus den vorhandenen Komponenten neu erstellt.
  • Als dritte Gruppe: „Sonderwerkzeuge“, welche nur für Spezial-Aufgaben herangezogen und damit seltener verwendet werden.
„Somit wird immer mit klar definierten Werkzeugen gearbeitet und simuliert – ein enormer Vorteil für CAM-Programmierung, Werkzeug-Rüster und CNC-Maschinenbediener!“, erklärt Philipp Mahr, Anwendungstechniker bei der Firma Zoller. Dieser Schritt ist für einen Lohnfertiger eher ungewöhnlich, doch ist bei der Stammberger Werkzeugbau eine Vielfalt an Werkstoffen im Einsatz. Deshalb wird in der NC-Programmierung zuerst auf einen festen Werkzeugstamm (Standardwerkzeuge) zurückgegriffen und dieser dann, je nach Bedarf, durch weitere Werkzeuge erweitert.
Deutliche Reduktion der Werkzeugwechsel
Allein durch die Standardisierung der Werkzeuge konnte die Anzahl der Werkzeugwechsel an der Maschine bereits deutlich reduziert werden – und damit auch die Stillstandzeiten. Denn bereits in der NC-Programmierung wurde auf Standardwerkzeuge zugegriffen; entsprechend weniger Wechsel sind nun an der Maschine nötig.
Kollisionsfreie Programme
Vor der Einführung dieser neuen Lösungen hatte Wolfang Stammberger unter anderem mit Problemen beim Rüsten zu kämpfen: Die Werkzeuge auf den Maschinen entsprachen nicht immer den Maßen, die sie hätten haben sollen. „Werkzeugaufnahme, Länge oder Durchmesser konnten abweichen, und dies bedingte Ausschuss – die Teile mussten nochmals gefertigt werden“, so Stammberger. Jedoch: „Wir müssen zuverlässig und kollisionsfrei Programme fahren. Es darf keinen Fehler in der Prozesskette geben, der für Stillstandzeiten sorgt, sonst nützt mir der teuerste Maschinenpark nichts“.
Durchgängige Datenübertragung
Vor einem Jahr wurden die Zoller Tool Management Solutions inklusive Einstell- und Messgerät in komplettem Funktionsumfang in Betrieb genommen. Seitdem ist die Prozesskette vom Auftrag bis zur Maschine durchgängig: Der Auftrag wird im CAM-System „HyperMill“ bearbeitet; dafür können die Werkzeugdaten über die Schnittstelle aus der Werkzeugdatenbank geladen werden. Im Anschluss daran wird das CNC-Programm erstellt und auf dem Server bereitgestellt, das Einrichteblatt im CAM-System konfiguriert und in der Datenbank abgelegt, die Werkzeuge entsprechend zusammengebaut und gerüstet. Die real am Einstell- und Messgerät gemessenen Werkzeugdaten werden ebenfalls auf dem Server bereitgestellt und an den Heidenhain-Steuerungen der Hermle- und DMG-Maschinen automatisiert gesendet.
Digitale Prozesskette ermöglicht Flexibilität
„Als Lohnfertiger muss ich flexibel auf die Wünsche meiner Kunden reagieren. Deshalb habe ich die Fertigung so organisiert, dass ich auf allen Maschinen alle Teile fertigen kann“, so Stammberger. Ein wesentlicher Schritt, dies wettbewerbsfähig und auf hohem Qualitätsniveau realisieren zu können, wurde mit der Umsetzung der digitalen Prozesskette vom CAM-System bis an die Maschine getan.
Industrie 4.0 – ein Thema gerade auch für kleine Unternehmen
Die Einführung einer digitalen Prozesskette stellte zunächst eine beachtliche zeitliche und finanzielle Herausforderung dar – vor allem in Anbetracht der begrenzten Manpower von Stammberger. Dennoch: „Innovativ zu sein hat sich für mich immer ausgezahlt“, begründet Geschäftsführer Stammberger den Schritt. Dies gilt in der Gesamtbetrachtung auch für die Digitalisierung der Fertigung – denn früher waren aufgrund fehlender Vernetzung zahlreiche ineffiziente Parallel-Strukturen vorhanden.
Eine aufwendige und fehleranfällige, doppelte Datenhaltung gibt es ebenfalls nicht mehr, was die Rüstzeiten deutlich verkürzt: die Werkzeuge werden stets korrekt zusammengebaut, die Messdaten sind digitalisiert und werden direkt (also ohne manuelle Eingabe) an die Maschinen übertragen. Die Werkzeugschneiden und -halter sind standardisiert und lassen sich somit leichter identifizieren bzw. nachbestellen. Der lange Weg von der Standardisierung der Werkzeuge bis zur durchgängigen Prozesskette hat sich schlussendlich also gelohnt.
Wolfgang Stammberger ist sicherlich ein Pionier in punkto Digitalisierung und auf dem Weg zur smarten Fertigung. Das Beispiel zeigt aber auch: Industrie 4.0 ist keineswegs nur ein Thema für große Unternehmen – gerade KMUs gewinnen dadurch die Flexibilität, auf die es im Wettbewerb immer häufiger ankommt.
Karin Steinmetz ist Marketingleiterin der Zoller GmbH & Co. KG in Pleidelsheim.
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