Zu neuen Ufern

„Bringen Sie es herein, wenn es defekt ist.” Das ist die Empfehlung von Roy Parker, Präsident und Inhaber der Jones Welding Company Inc. Seit der Gründung in 1911 genießt das US-Fertigungsunternehmen in Mobile, Alabama, den Ruf, sich um praktisch jedes Teil zu kümmern, das repariert werden muss. Und das ist auch kein Wunder. Mit insgesamt 11 Mazak CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren — darunter mehrere mit 5- Achsen-Steuerung oder Multi-Task-Technologie — zusätzlichen Wälzfräs- und Wälzstoßmaschinen, die den Maschinenpark ergänzen und eine Handvoll fähiger Maschinenbediener wird Jones Welding (JWC) mit fast allem fertig, was in die Fertigung kommt.

David Dearing, Spezialist für den Antriebsstrang bei Jones, kann das bestätigen: „Wir sind schon ziemlich vielseitig. Von engtolerierten Teilen, die man in der Hand halten kann, bis hin zu großen Schwergewichten von mehr als 10 Tonnen — wir fertigen alle Teile und haben so versucht, uns als Anbieter von Lösungen aus einer Hand zu etablieren. Heute bedienen wir jede beliebige Industrie, der wir ein Produkt oder eine Dienstleistung verkaufen können. „Trotz der umfangreichen CNC-Fertigungskapazität", so Dearing, ist JWC keine Lohnfertigung sondern hat sich stattdessen auf die Bearbeitung kleiner Serien mit kurzer Abwicklungszeit spezialisiert. Ein Auftrag für 50 Teile ist für uns eine große Serie.”

Viele solcher Aufträge und Teile sind Zahnräder. Mit der vorhandenen Maschinenausrüstung kann JWC diese Getriebekomponenten mit einem Durchmesser von 12.7 Millimeter bis 2.25 Meter produzieren. Das Problem, so Dearing, liegt jedoch darin, dass die Maschine für die Produktion der unterschiedlichen Zahnräder stets neu gerüstet werden muss. „Jedes Zahnradprofil erfordert einen speziellen Wälzfräser. Da kommt bei einigen Hundert Dollar pro Werkzeug schon einiges zusammen.”

Für JWC bedeutet dies eine hohe Investition in Wälzfräser, die womöglich niemals wieder verwendet werden. Diese Kosten lassen sich nur schwer an den Kunden weitergeben.

JWCs Präsident ist ein großer Verfechter von stetigen Verbesserungen. „Wir versuchen ständig, Grenzen zu verschieben und unsere Gesamt- und Produktionseffizienz, wo immer möglich, zu erhöhen”, so Parker.“ Aus diesem Grund führte das Unternehmen die Fräsbearbeitung von Zahnrädern auf seinen 5-Achs-Vertikal-Drehzentren durch. Zum Interpolieren der Zahnform kamen Vollhartmetallschaftfräser zum Einsatz. „Zunächst schruppten wir die Zahnlücke vor und setzten anschließend einen Kugelschaftfräser ein, um die Zahnflanke zu profilieren. Die einzige Möglichkeit, eine zufriedenstellende Bauteilqualität und Oberflächengüte zu erhalten, besteht jedoch darin, sehr kleine Zustellungen, ähnlich der 3D-Bearbeitung im Formenbau zu verwenden. Dies ist ein sehr zeitintensiver Prozess.”

Trotz der langen Taktzeiten war diese Methode immer noch die beste Option bei einigen Aufträgen, für die ein kostspieliger Wälzfräser, der nur einmal verwendet wird, nicht rentabel war. Parker war überzeugt, dass es einen besseren Weg geben musste. Und wie sich herausstellte, hatte er Recht. „Zunächst schauten wir uns das InvoMilling Verfahren auf der IMTS an, anschließend wurde es uns noch einmal auf der Gear Expo in Detroit vorgeführt. Wir erkannten, dass diese Methode eine gute Lösung darstellte, um unseren hohen Werkzeugbestand drastisch zu reduzieren und uns die lange Lieferzeit der Wälzfräser zu ersparen.”

Leider konnte zu dieser Zeit die InvoMilling Software nur auf DMG Mori Maschinen verwendet werden und die Nutzung des modularen Werkzeugsystems hätte hohe Investitionen in neue Maschinen und Steuerungen bedeutet.

Als Parker die Einladung zu Mazaks Open House Event 'Discover 2013' erhielt, bestiegen er und sein Team das Flugzeug und flogen nach Kentucky. Was sie dort sahen, war ziemlich beeindruckend. Mazak und Sandvik Coromant hatten erst kürzlich eine Lizenzvereinbarung über InvoMilling abgeschlossen, und bevor Parker die Ausstellung verließ, kaufte er die InvoMilling Software zusammen mit einem brandneuen Mazak Integrex i-630V MultiTask CNC-Bearbeitungszentrum.

„In den letzten Jahren konnten wir die Getriebeproduktion auf unseren CNC-Maschinen deutlich verbessern. Wir entschieden, dass es Sinn machte, alle Produktionsprozesse diesbezüglich zu optimieren.” Besonders überzeugt hat Parker, dass mithilfe des InvoMilling Prozesses sämtliche Gerad- und Schrägzahnräder — von Modulgröße 1 bis Modulgröße 12 — mit nur 3 Fräserkörpern hergestellt werden können. Darüber hinaus lässt sich ein Fräswerkzeug mit Wendeschneidplatten im Vergleich zu den bisherigen HSS-Wälzfräsern mit 3- bis 4-facher Spindeldrehzahl einsetzen und bewältigt zudem noch schwerere Schnitte. „Wir wussten, dass die Kombination aus InvoMilling und Integrex uns eine höhere Zahnradqualität mit deutlich kürzeren Taktzeiten ermöglichen würde.”

Das neue Integrex-Bearbeitungszentrum traf, kurz nachdem Parker und sein Team nach JWS in Mobile zurückkehrten, im Werk ein. Bei der Maschineneinrichtung wurden Sie von Mark Briel, Anwendungsingenieur bei Sandvik Coromant, unterstützt. Briel half JWC bei der Einrichtung und Programmierung des ersten Auftrags für die Integrex — ein Ersatzzahnrad aus C45 Stahl aus dem Antrieb eines Brückenkrans in einer Hafenanlage. Mit einem Fertigmaß von 480 mm Durchmesser und 140 mm musste viel Material vom Rohling abgetragen werden. Dabei wurden Maschinen und Fräser auf eine harte Probe gestellt.

Briel empfahl Sandvik Coromants PVD-beschichtete Hartmetallsorte GC1030, eine speziell für die Getriebefertigung ausgelegte Wendeschneidplatte. „Wegen des großen Moduls setzten wir zum Schruppen der Zahnlücke einen unserer CoroMill 331 Scheibenfräser ein. Wir machten einen Durchgang in der Mitte senkrecht nach unten, dann einen weiteren für jede der beiden Zahnflanken. Nachdem der größte Teil des Materials abgetragen war, konnte mit nur einem InvoMilling Durchgang die fertige Evolvente erzeugt werden. Danach mussten die Komponenten nur noch sandgestrahlt, nitriert und an die Kunden ausgeliefert werden.”

„Nicht jedes Zahnrad lässt sich so einfach bearbeiten", erläutert Briel. Einige Kunden verwenden InvoMilling zum Schruppen vor der Wärmehandlung und dem Schleifen, aber die Software lässt sich auch für die Hartbearbeitung von wärmebehandelten Materialien einsetzen. Die Verarbeitung wird im Wesentlichen durch die Menge des abzutragenden Materials, dem Einsatzbereich des Zahnrades und der erforderlichen AGMA-Qualität bestimmt.”

Parker zufolge handelt es sich bei diesem ersten Zahnrad um einen Betatest des InvoMilling Prozesses. JWC hatte in der Vergangenheit schon mehrmals konventionelle HSS-Wälzfräser zum Fräsen dieses bestimmten Zahnrades eingesetzt. Somit bot sich gute Vergleichsgrundlage. Trotzdem er keinen exakten Vorher-Nachher-Vergleich der Zykluszeiten nennen konnte, ließ sich festhalten, dass InvoMilling „ein besseres Zahnrad in kürzerer Zeit" produziert hat.

Dearing stimmte zu. „Die radiale Schneidwirkung von InvoMilling erlaubt ein Eintauchen, Fräsen und Nutenfräsen. Es gibt kein Hin und Her Abzeilen bei der Profilierung, wie beim Schaftfräsen. Der Fräser lässt sich zudem besser ausnutzen, was die Werkzeugkosten weiter reduziert. Hier bietet der InvoMilling Prozess im Vergleich zum Schaftfräsen eine phänomenale Steigerung der Produktionsleistung.”

Konventionelle Wälzfräser sind aus der Zahnradfertigung immer noch nicht wegzudenken gibt Parker zu, und viele Zahnräder werden bei JWC bis heute noch auf konventionellen Maschinen gefertigt. Diese Prozedur bedeutet sehr oft 'einrichten und warten' — der Bediener kann die Maschine für einige Stunden verlassen, während der Wälzfräser die Arbeit verrichtet. Das Problem, so Parker, sind die kurzen Vorlaufzeiten der Aufträge von JWC. „Kunden kommen und berichten uns, dass ihre Ausrüstung defekt ist. Sie benötigen sofort ein neues Zahnrad oder sogar mehrere. Meistens können wir ihre Wünsche erfüllen, auch wenn dieser Aufwand eine zusätzliche Nachtschicht bedeutet. Wir können aber auch nicht jeden möglichen Wälzfräser sofort zur Hand haben und unsere Kunden haben nicht die Zeit zu warten, bis wir einen bestellt haben.”

Durch InvoMilling wird mit drei Fräserkörpern und einigen Schachteln mit Wendeschneidplatten der größte Teil an Zahnradprofilen abgedeckt, ohne sich Gedanken darüber machen zu müssen, wann der FedEx-Lieferant erscheint oder wann das Standzeitende des HSS-Wälzfräsers erreicht ist.

„Es gibt eben nur eine bestimmte Anzahl an Produktionsstunden am Tag,” sagt Parker. „Wir verwenden effiziente Werkzeuge und Maschinen, um Teile schneller produzieren zu können und somit in einer vorgegebenen Zeit eine höhere Stückzahl zu erzielen.”

JWC hat in die Zukunft investiert, so Parker. Wie in vielen Fertigungsbetrieben haben Produktion und Kundenservice auch für JWC höchste Priorität. „Ob wir Stahlwalzwerke oder die Schiffsindustrie bedienen, wir versuchen stets, allen anderen voraus zu sein. Durch eine höhere Effizienz erzielen wir einen höheren Gewinn und haben Zeit, uns um den nächsten Notfall zu kümmern. Das InvoMilling Verfahren hilft uns dabei. Es ist ein beeindruckendes Fertigungsinstrument und ein ebenso beeindruckender Prozess.”