Das neue vollautomatische Fertigungssystem bei Mettler-Toledo GmbH; vorne die kompakte Automationseinheit VariocellUno und dahinter das Vertikale CNC-Bearbeitungszentrum FZ 15 W five axis mit integriertem Werkstückwechsler.

Ausgabe 03 | 2023

Automatisierte Präzisionsteile-Fertigung

CHIRON Group SE

Wie Mettler Toledo am Schweizer Standort Nänikon mit Hilfe eines hoch automatisierten 5-Achsen-Bearbeitungszentrum der Chiron Group reproduzierbar exakte Präzisionsbearbeitung, flexible Losgrössen, langzeitige Produktionsautarkie, dauerhafte Verfügungsbereitschaft und damit hohe Wirtschaftlichkeit unter einen Hut bringt.

Kaum ein anderer Industriebereich wie die Wägetechnik und entsprechende Messsysteme dafür verdeutlichen eindrucksvoller den Wandel von der Mechanik über die Elektromechanik hin zur Mechatronik. Zumal in vielen mechatronisch-elektronischen Systemen bis heute ein rein mechanisches Herz schlägt. Bestes Beispiel dafür ist die besagte Wägetechnik aller Grössenordnungen, und die wiederum ist untrennbar mit dem weltweit tätigen Unternehmen Mettler Toledo verbunden. Mit 17’800 Mitarbeitern – davon allein 1300 in F&E sowie 8500 Experten für Vertrieb, Service und Support – einem Umsatz von $ 3,7 Milliarden, einem breiten Produktportfolio, und schliesslich der Präsenz in 40 Ländern sieht man sich als global führender Hersteller und Anbieter von Präzisionsinstrumenten und Services für den Einsatz in Laboren und in Produktionsstätten. Die Komponenten, Geräte und individuelle Systemlösungen werden in Fertigungsstätten in Europa, Amerika und Asien hergestellt. Eine sehr wichtige Funktion nimmt dabei die Mettler-Toledo GmbH, Weighing and Instrument Components, in CH-8606 Nänikon ein. Denn in diesem Werk ist unter anderem die für Produktion und Montage zuständige Abteilung MTWIC angesiedelt, welcher der zentrale Bereich Mechanical Manufacturing angehört. Hier entstehen vorwiegend aus Aluminium und weiteren fünf verschiedenen Rohmaterialien in Monoblockbauweise die Wägetechnik-Zellen, welche den Kern oder eben das besagte mechanische Herz einer Wägezelle darstellen. Remo Cadonau, Head of Mechanical Manufacturing bei der Mettler-Toledo GmbH, führte dazu aus: «Wir fertigen in der Fräserei bei steigender Tendenz pro Jahr bis zu 80’000 Monoblöcke. Dies in vier Varianten bei Bau-grössen bis 70x33x110 mm (H/B/L) und in Losgrössen von 100 beziehungsweise maximal 350 Stück. Die Laufzeiten für die einzelnen Werkstücke betragen je nach gewählter 4- oder 5-Achsen-Bearbeitung zwischen 10 und 33 min. Zur termingerechten Bewältigung der wachsenden Stückzahlen haben wir aktuell sechs CNC-Bearbeitungszentren im Einsatz, die im versetzten Zweischichtbetrieb, und betreut von jeweils einer Fachkraft und einem angelernten Bediener, die Teile produzieren.»

Zielvorgabe: 6000 Spindelstunden p.a.
Für die Fertigung der kubischen Teile setzt Mettler-Toledo GmbH seit zehn Jahren unter anderem auf die kompakten CNC-Bearbeitungszentren der Chiron Group SE aus DE-Tuttlingen; davon eines vom Typ FZ 12 für die 4-Achsen-Bearbeitung und drei vom Typ FZ 15 zur 5-Achsen-Bearbeitung, die alle mit einem Wechseltisch ausgerüstet sind. Als nun im Zuge der erforderlichen Kapazitätsausweitung und dem Wunsch nach nochmals höherem Automatisierungsgrad sowie dem Austausch eines vorhandenen Bearbeitungszentrums die Evaluation für ein vollautomatisches Fertigungssystem aufkam, fragten Remo Cadonau und Kollegen natürlich auch beim bewährten Maschinenpartner, der Chiron Group, an. Dazu erklärte Dardan Muslija, CNC-Spezialist Manufacturing Technology & Maintenance bei Mettler-Toledo, und als solcher zuständig für die Projektsteuerung und die Programmierung bis zur Übergabe der produktionsfähigen Prozesstechnik in die Fräserei: «Konnten wir schon mit den Chiron-Bearbeitungszentren mit Wechseltisch-Ausrüstung die Rüst- und Beschickungszeiten deutlich reduzieren, streben wir nun mit einem noch höheren Automatisierungsgrad weitere Performance-Steigerungen an. Dies mit dem erklärten Ziel, pro Arbeitstag auf 21 bis 23 Std. und damit im Jahr auf rund 6000 Std. an Spindel-Laufzeiten zu kommen. Zudem macht die Automation für uns auch dahingehend Sinn, in dem wir zum einen die Autarkie weiter steigern und damit zum anderen die angelernten Bediener sowie nicht zuletzt die Prozessfachkräfte entlasten.» In enger Zusammenarbeit mit Simon Heim, Technische Beratung/Vertrieb bei der Chiron Group SE für Schweizer Kunden, wurde ein individuelles Fertigungssystem konfiguriert. Dieses basiert wesentlich auf dem bewährten Bearbeitungszentrum FZ 15 W five axis mit Werkstückwechseltisch, jedoch in neuester Version mit erweiterten Features, und vor allem ergänzt um die kompakte Automationseinheit VariocellUno zum vollautomatischen Werkstückhandling.

Next Stepp: Vollautomatisierung!
Das neue, vollautomatisierte Fertigungssystem für Mettler Toledo besteht demnach aus einem Vertikalen CNC-Bearbeitungszentrum FZ 15 W five axis mit Werkstückwechseltisch, das Verfahrwege von X=730, Y=400 und Z=360 mm aufweist und mit Spindeldrehzahlen bis 15’000 min-1 sowie einem Drehmoment von max. 140 Nm arbeitet. Ausgerüstet mit dem bekannt sehr schnellen automatischen Werkzeugwechsler (Wechselzeit 0,9 s beziehungsweise Span-zu-Span-Zeit 2,4 s), dem optional erweiterten Werkzeugmagazin mit 64 Plätzen, der integrierten Werkstückwechseleinrichtung (Wechselzeit ca. 3,5 s) mit 2-Achsen-Schwenkeinrichtung (Schwenkachse als A-Achse und NC-Rundtisch als C-Achse) und Vorschubantrieben für Eilganggeschwindigkeiten von 75 m/min in den Achsen, X, Y und Z, sind schon in der Basis alle Voraussetzungen für eine hochdynamische Komplettbearbeitung gegeben. Weitere Features sind unter anderem: CNC-Steuerung Siemens 840D solution line, automatische Temperatur-Kompensation, Software-Baustein Cycle 800 inklusive Kinematik-Daten zur Bearbeitung geschwenkter Flächen, automatische Nullpunkt-Verrechnung, ver-stärktes Kühlmittelsystem, Werkzeugbruchkontrolle Lasercontrol Single F1000 und Messtaster für Messungen in der Maschine. Für das vollautomatische Werkstückhandling ist das universelle, robotergestützte Be- und Entladesystem VariocellUno installiert. Ausgestattet mit einem 6-Achsen-Roboter und einer Paletten-Stapelanlage zur Aufnahme von Paletten der Grösse 600x400 mm, können damit je nach Werkstück-Dimensionen bis zu 24 Paletten mit (gesägten) Rohlingen hauptzeitparallel bestückt beziehungsweise fertig bearbeitete Werkstücke rückgelagert werden. Da die Automationseinheit als eigenständige Lösung konzipiert und lediglich mechanisch sowie steuerungstechnisch an das Bearbeitungszentrum angedockt ist, bleibt der Zugang zum Arbeits-/Beladeraum für die manuelle Beschickung sowie für Umrüst-/Servicearbeiten uneingeschränkt erhalten.

Output in neuen Dimensionen
Nachdem das neue vollautomatisierte Fertigungssystem der Chiron Group bei Mettler-Toledo GmbH nun schon einige Monate im Produktionsbetrieb ist, zieht Remo Cadonau folgende Bilanz: «Je nach Dimension können wir pro Palette zwischen zwölf und 18 Rohlinge beziehungsweise Werkstücke aufnehmen und somit im Magazin zwischen sechs und acht Paletten lagern. Ausgehend von den jeweiligen Bearbeitungszeiten erreichen wir eine sehr hohe Autonomie, sodass wir den geforderten Laufzeiten von 21 bis 23 Std. pro Tag und den angedachten 6000 Std. pro Jahr mit einem versetzten Zweischichtbetrieb schon sehr nahekommen. Ausgehend von den Leistungen der Maschine und des Zuführsystems sowie in Abhängigkeit der Bearbeitungsintensität der jeweiligen Werkstücke, wobei wir hier mit bis zu 25 verschiedenen Werkzeugen arbeiten müssen, sehen wir die Möglichkeit, allein mit diesem Fertigungssystem im Jahr rund 25’000 Teile produzieren zu können. Denn steht erst einmal der Prozess, gilt es nur noch die gesägten Rohlinge manuell in die VariocellUno einzubringen und am Ende komplett bearbeitete Bauteile zu entnehmen. Konnten wir schon mittels der Chiron-Bearbeitungszentren mit Wechseltischen den Output deutlich erhöhen, stossen wir mit Hilfe des neuen Fertigungssystems in ganz andere Dimensionen vor. Die langjährige Partnerschaft mit der Chiron Group zahlte sich erneut aus, zumal wir die Maschinen und ihre Leistungsfähigkeit im Grunde sehr gut kennen und auf einen grossen Erfahrungsschatz aufbauen konnten und können.»

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