Die perfekte Werkzeugmaschine für jede Aufgabe wählen

Ein erster Hinweis, dass Precision Plus anders ist als andere Werkstätten, war ein leises Klicken. Der Ton kommt von mehr als einem Dutzend mechanisch angetriebener Schweizer Drehmaschinen im Zentrum der Werkstatt. In ordentlichen Reihen aufgestellt und von offensichtlich neueren Stangenladern bedient, schneiden diese Maschinen unverkleidet, ohne die lärmdämmenden Verkleidungen, die die CNC-Maschinen der Werkstatt kennzeichnen. Ein genauerer Blick zeigt ein halbes Dutzend oder mehr Werkzeuge, die gleichzeitig in das Werkstück ein- und ausfahren, während die Nocken rotieren.

Hier steht Mike Reader neben einer Miyano BNX Zweispindel-CNC-Drehmaschine. Mike leitet das Ausbildungsprogramm der Werkstatt, das neue Mitarbeiter in der Nutzung von Schweizer Schraubmaschinen schult. Foto: Precision Plus

Einige dieser Maschinen produzierten bereits seit Jahren Teile, als das Unternehmen 2000 an seinen heutigen Standort in Elkhorn, Wisconsin, zog. Unter Leitung von Firmenpräsident Mike J. Reader fügte das Unternehmen seither diverse neuere CNC-Ausrüstung hinzu, darunter Miyano ABX und BNX Zweispindeldrehmaschinen sowie mehrere Star und Tsugami Schweizer CNC-Drehmaschinen. Und doch setzt Precision Plus weiterhin stark auf Ausrüstung, die im Wesentlichen so funktioniert wie zu der Zeit, als Readers Vater Phil das Unternehmen 1988 kaufte – nämlich durch physische Nocken statt CNCs zur Steuerung von Timing und Schnitttiefe. Warum?

Das war meine erste Frage an Michael P. Reader, VP Engineering (und Mike Readers Sohn). Seine Antwort war simpel: „Die nockengesteuerten Maschinen, wo sie einsetzbar sind, sind günstiger im Betrieb.“

Nocken statt CAM wählen

Kleine Präzisionsteile wie diese Schraube für Oboen und Fagotte sind ideal für nockengesteuerte Maschinen. Die Nut wird von einem an der Abzugsvorrichtung befestigten Sägeblatt geschnitten. Foto: Precision Plus

„Für kleine zylindrische Teile mit höheren Jahresstückzahlen sind die Schweizer Nockenmaschinen sehr ökonomisch“, sagt Reader. Der Fuhrpark mechanisch angetriebener Schweizer Drehmaschinen von Tornos hat niedrigere Stromkosten und kann Teile oft signifikant schneller schneiden.

Der letzte Faktor mag manche überraschen, da eine computergesteuerte Werkzeugmaschine problemlos mit einer Maschine konkurrieren sollte, die keinerlei Rechenleistung hat. Doch nockengesteuerte Maschinen können mehrere Schneidwerkzeuge gleichzeitig nutzen, mit sehr wenig Verfahrweg. „Alle Werkzeuge ruhen weniger als zwei Zoll vom Teil entfernt“, sagt Reader und deutet auf einen Halbkreis von Schneidwerkzeugen, die frenetisch einen Zündstift aus einem dünnen Stab schneiden. „Das macht es viel schneller als eine CNC.“

Wie viel schneller? „Wir haben ein Teil, das auf einer Schweizer CNC acht Sekunden pro Stück dauert“, sagt Reader. „Auf der Nockenmaschine dauert es drei Sekunden.“ Mehr als Verdopplung der Produktionsgeschwindigkeit ist ein großer Unterschied, besonders bei hohen Stückzahlen. „Wenn wir dafür eine CNC nutzen müssten“, sagt er, „würden wir nicht einmal break-even erreichen.“

Wann sind CNC-Maschinen vorzuziehen?

Präzision und Toleranz auf der CNC

Ein weiterer Vorteil der nockengesteuerten Tornos-Maschinen? Die Übersichtlichkeit. „Die Schweizer Nockenmaschinen sind leicht zugänglich, man sieht, was passiert“, sagt Reader. Das macht sie perfekt für das Ausbildungsprogramm des Unternehmens, das Reader mit der Bereitstellung von Fachkräften verdient.

„Es kommt wirklich auf die Teileanforderungen an“, sagt Reader. „Manche Teile brauchen erhöhte Präzision, die eine Schweizer CNC bietet.“ Nehmen wir das Beispiel einer Dental-Komponente, die die Fertigung produziert. An einem Ende beträgt der Durchmesser nur 0,01 Zoll (0,25 mm), und das Längen-Durchmesser-Verhältnis ist hoch, was zusätzliche Unterstützung erfordert, um Chatter zu eliminieren und ein Abbrechen des Bauteils in der Maschine zu verhindern. Diese Merkmale machen die CNC notwendig, da sie höhere Präzision und größere Steifigkeit bietet. Zudem muss die Oberflächenrauheit nahezu makellos sein, da eine kleine Unvollkommenheit katastrophal sein kann. „Wir müssen sicherstellen, dass wir die Toleranz exakt treffen“, sagt Reader. „Hätte diese Dental-Komponente Oberflächenfehler, könnte dies zu Rissausbreitung und Versagen im Einsatz führen.“

Jeder, der schon auf einem Zahnarztstuhl saß, ist dankbar für die erhöhte Präzision der CNC-Maschine.

Faktoren neben Toleranz können die Wahl der CNC-Maschinen beeinflussen. Zum einen können sie größere Teile handhaben – 12, 20 oder 32 mm, je nach Maschine. Zudem benötigen Teile wie die Dental-Komponente Hochdruckkühlmittel, was bei nockengesteuerten Schweizer Drehmaschinen nicht möglich ist. Kühlmittel kann auch ein entscheidender Faktor für Materialien sein, die lange oder klebrige Späne erzeugen, sowie für Ventilkomponenten mit O-Ring-Nuten, die Hochdruck zur Späneentfernung brauchen.

Schließlich finden die Festspindel-Drehmaschinen Arbeit bei größeren und komplexeren Teilen bis 2,5 Zoll (63,5 mm) Durchmesser. „Generell, wenn wir viel Materialabtrag oder höheren Komplexitätsgrad haben, nutzen wir unsere Miyano-Plattform“, sagt Reader. Die Miyano ABX dient aggressiver und präziser Bearbeitung – teils durch hydraulisch betriebene Spannfutter und das robuste Maschinendesign der Plattform. Ein Teil für Halbleiterproduktion erfordert umfangreiche Innenbearbeitung, exzentrisches Bohren, Gewindeschneiden und Außendrehen an hochfestem, hochzähem Edelstahl. Auf einer Zweispindeldrehmaschine mit drei Revolvern kann das Bauteil in einer Operation komplett und hochkompetitiv gefertigt werden.

Die andere Drehmaschine – die Miyano BNX – dient primär der Effizienz. „Die BNX bietet höhere Produktionsraten als die ABX, während sie auch Fünftel-Dezimal-Offsets erlaubt“, sagt Reader. Precision Plus fertigt Komponenten mit ±0,0001 Zoll (2,5 µm) beim Außendrehen und insgesamt 0,0003 Zoll (7,5 µm) bei Innenbohrungen. Wenn es nicht ganz so präzise sein muss, kann sie gleichzeitig an Haupt- und Gegenspindel mit dem einzelnen Revolver bearbeiten, was den Durchsatz bei vielen Teilen erhöht. Beide Plattformen sind mit Schnellwechselspannsystemen von Hainbuch ausgestattet, um Rüstzeit und Teilsatzkonzentrizität von Spindel zu Spindel zu verbessern.

Wie bei vielem in der Bearbeitung kommt es letztlich auf das Teil an. „Im Allgemeinen: je größer und komplexer das Teil, desto wahrscheinlicher läuft es auf den Festspindeldrehmaschinen“, sagt Reader. „Kleinere zylindrische Teile mit extrem engen Toleranzen oder Bedarf an Hochdruckkühlmittel gehen auf die Schweizer CNC-Maschinen. Aber wenn wir es auf den Schweizer Nockenmaschinen machen können, wird es dort wahrscheinlich schneller und genauso präzise produziert.“