Jedes Werkzeug muss perfekt sein

Die Daimler-interne Abkürzung für den Standort der Technologiefabrik auf der Tübinger Allee in Sindelfingen lautet „TübA“. Im Jahr 2015 ist hier die neue „Fertigungszelle 3“ aufgebaut und in Betrieb genommen worden. Als Teil des Betriebsmittelbaus werden hier Umformwerkzeuge für die Stahl- oder Aluminium-Außenhaut von Fahrzeugen nicht nur gefertigt, sondern im Tryout-Center auch erprobt und optimiert.

Die Werkstücke sind durchwegs Unikate

Jedes Werkstück ist ein Unikat, wiegt bis zu 60 t und muss über die gesamte Typlaufzeit im Einsatz sein. Da die Form der Außenhaut erst am Ende des Fahrzeugdesign- und -entwicklungsprozesses bis ins letzte Detail feststeht, ist die Fertigung dieser Umformwerkzeuge zeitkritisch. Jeder Verzug zu

Muss die Bearbeitung unterbrochen werden, kommt die virtuelle Z-Achse zum Einsatz.
Bild: Siemens AG

diesem Zeitpunkt kann sich negativ auf den Produktionsstart auswirken.

Die zur Starrag-Gruppe gehörende Dörries Scharmann Technologie GmbH ist unter dem Namen Droop+Rein für große Werkzeugbausondermaschinen mit Wechselfräsköpfen bekannt. Diese erhielt den Zuschlag, die Fertigungszelle 3 mit entsprechenden Maschinen samt Zubehör auszustatten. Bei der Steuerungstechnik fiel die Wahl auf CNCs des Typs Sinumerik 840D sl der Siemens AG, weil sich diese Steuerung nahtlos in die künftig geplante Siemens NX-Prozesskette einfügt, mit der ein durchgehender Workflow von der Konstruktion bis zur Fertigung etabliert werden soll. Darüber hinaus verfügt diese Hochleistungssteuerung über intelligente Details, die die Genauigkeit und Prozesssicherheit in der Fertigung erhöhen.

Trends µ-genau
Sinumerik 840D sl von Siemens

• antriebsbasierte Modular-CNC
• hohe Modularität der Bedienkomponenten
• skalierbare NCU-Performance
• Multitechnologie-CNC
• bis zu 93 Achsen/Spindeln und beliebig viele PLC-Achsen
• bis zu 30 Bearbeitungskanäle
• modulares Panelkonzept
• bis zu 19-Zoll-Farbdisplay
• Simatic S7-300 PLC
• ist systemoffen, optimal an die Technologie der Maschine anpassbar
• verfügt über einen hohen Freiheitsgrad in der Fertigungs­automatisierung
• ist durchgängig von der Feldebene über die Produktions- bis hin zur Unternehmensleitebene

Vorgaben zu Umweltschutz, Effizienz und Ergonomie

Zu den qualitativen und wirtschaftlichen Zielen kam die Einhaltung der Konzerngrundsätze, etwa konkrete Vorgaben zu Umweltschutz, Energieeffizienz oder Ergonomie. Die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit und unter den Lieferanten ermöglichte von Anfang an eine gesamtheitliche Betrachtung des Projekts. So konnten die Maschinen sogar etwas früher geliefert werden als

Bei der Steuerungstechnik fiel die Wahl
auf CNCs des Typs Sinumerik 840D sl der
Siemens AG.
Bild: Siemens AG

geplant: Maschine und Steuerung waren harmonisch aufeinander abgestimmt, die Inbetriebnahme lief reibungslos, und die Oberflächenqualität passte auf Anhieb, so dass die Produktionskurve sofort sehr steil nach oben zeigte. Die Vorgaben haben sich sehr schnell erreichen lassen.

Die Anforderungen von Mercedes-Benz an Präzision und Oberflächenqualität der Umformwerkzeuge erfordern hochgenaue Maschinen und Steuerungen. Die Fein- und Fertigbearbeitung der Wirkflächen, die auf der Presse direkten Kontakt mit den Blechen haben, läuft auf neuen Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen von Droop+Rein mit Siemens-Steuerung.

Die Herausforderung liegt darin, dass jeder noch so kleine Fehler in der Oberfläche der Umformwerkzeuge direkt am Pressteil sichtbar ist. Solche

Diffizile Teile: Jedes Werkstück ist ein Unikat, das hohe Ansprüche an seine Bearbeitung stellt.
Bild: Siemens AG

Stellen können beim Lackieren Probleme verursachen. Selbst ein einzelnes Haar, das sich beim Pressen auf eine Wirkfläche mogelt, zeigt sich in Oberfläche und Lackierung. Umformwerkzeuge sind Präzisionsteile mit höchstem Qualitätsanspruch.

Nacharbeiten nach Möglichkeit vermeiden

Es gilt, Nachbearbeitungen zu minimieren. Sowohl ein Datensatz zu wenig als auch einer, der zu viel abgetragen wird und anschließend wieder aufgeschweißt werden muss, kostet Zeit und Geld und verschlechtert das Werkzeug. Der Prozess und die eingesetzte Technik sind darauf ausgerichtet, die Teile mit möglichst wenig oder komplett ohne Nachbearbeitung an die Tryout-Presse zu bringen.
Für einwandfreie Oberflächen direkt von der Maschine ist unter anderem Top Surface sehr hilfreich, eine Option des Frästechnologiepaketes Sinumerik MDynamics. Etwa bei schräg abgezeilten Schlichtprogrammen oder beim bidirektionalen Fräsen lassen sich damit sichtbar inhomogene Bereiche an der Oberfläche des Werkstücks vermeiden. Top Surface gleicht nicht nur Geschwindigkeitsprofile benachbarter Fräsbahnen an, sondern optimiert das Beschleunigungs- und Ruckverhalten der Maschine insgesamt. Die verbesserte Bahnführung sorgt für eine deutlich höhere Oberflächengenauigkeit.

Im Profil
TecFabrik von Mercedes-Benz Cars, Daimler AG
In der Technologiefabrik auf der Tübinger Allee in Sindelfingen testet Mercedes-Benz neue Produktionskonzepte und -ideen. Viele Applikationen haben bereits den Weg von der Idee über das Versuchsstadium in die Serienproduktion geschafft. Dazu zählen auch neuartige Logistiklösungen mit Fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Die TecFabrik mit dem Produktionsbereich Betriebsmittel trägt die Verantwortung für sämtliche Werkzeuge für Pressteile, die in den Presswerken von Mercedes-Benz Cars zum Einsatz kommen.

Programmierer und Maschinenbediener können dabei Standardwerte für die Kontur und die Orientierungstoleranz einstellen, die von der im CAD/CAM-System benutzten Berechnungstoleranz unabhängig sind.Beim definierten Dynamik-Abnahmeteil konnte mit der hier beschriebenen Maschine samt Steuerung und mit eingeschaltetem Top Surface die Finish-Bearbeitungszeit bei besserer Qualität deutlich reduziert werden.

Die Anforderungen an die Präzision und die Oberflächenqualität der
Umformwerkzeuge erfordern hochgenaue Maschinen und Steuerungen.
Bild: Siemens AG

Wenn, wie in der TübA, jedes Werkstück perfekt sein muss, ist Unsicherheit ein schlechter Arbeitskollege. Die Maschinenkinematik lässt sich deshalb vom Bediener mit dem Messzyklus L9960 und der nachgeschalteten volumetrischen Kompensation CC_E996 im laufenden Betrieb überprüfen und innerhalb vorgegebener Toleranzen korrigieren. Dies ist beispielsweise vor Bearbeitung eines besonders empfindlichen Teils oder bei Temperaturproblemen nützlich, um maschinenseitig zu prüfen, ob Toleranzen eingehalten sind. Dabei ermittelte Korrekturwerte lassen sich in die Steuerung übernehmen.

Regelmäßige Überprüfung der Maschinenkinematik

Die Maschinenkinematik wird auf diese Weise auch regelmäßig innerhalb der ganzheitlichen Anlagenbetreuung in der TübA überprüft. Dafür wurden im Rahmen des Condition Monitoring Maschinen-Fingerprints erstellt. Mit dem Fingerprintsystem kann das Verhaltensmuster der Maschine ab der Produktionsübergabe automatisch geprüft werden. Neben dem Kinematikzyklus wurden hier von Siemens anwenderspezifische Messzyklen realisiert, die es gestatten, mehrere Nullpunkte und das Werkstück insgesamt zu erfassen. Damit kann der Bediener das Werkstück

Für einwandfreie Oberflächen direkt von der Maschine ist unter anderem Top Surface sehr hilfreich, eine Option des Frästechnologiepakets Sinumerik
MDynamics.
Bild: Siemens AG

variabel in der Maschine platzieren und die Bearbeitung dennoch problemlos starten. Muss die Bearbeitung unterbrochen und das Werkzeug vom Werkstück weggefahren werden, kommt die virtuelle Z-Achse zum Einsatz, um in Werkzeugorientierung vom Werkstück wegzufahren.

Beim anschließenden exakten Wiederanfahren wird die Kontur nicht beschädigt, weil sich die Bearbeitung einige Sätze zuvor starten lässt. Die CNC-Programme werden vom Netz abgerufen. Da der Durchlauf sämtlicher Zerspanungsschritte oft sehr zeitaufwändig ist, bringt die Möglichkeit der Execution from External Storage den notwendigen Speicherplatz und Spielraum für die teils fast beliebig großen Formenbauprogramme.

Kontakt:

• Daimler AG, www.daimler.com
• Siemens AG, www.siemens.de