High-Performance Machining (HPM) annehmen: Geschwindigkeit, Präzision und ROI steigern

High-Performance Machining ist nichts, wovor man Angst haben muss, sondern etwas, das man willkommen heißen sollte. Tauchen Sie ein in den tiefen End mit diesem HPM-Primer für einen genaueren Blick auf die Technologie, Vorteile und die nötige Denkweise, um es zum Erfolg zu führen.

Jeder, der eine metallbearbeitende oder fertigungstechnische Fachzeitschrift gelesen hat, hat die Begriffe High-Performance Machining und High-Speed Machining gehört, aber Sie zögern vielleicht, die Ideen anzunehmen, die sie nützlich machen. Für viele Werkstätten fühlt es sich vielleicht so an, als würden Sie Teile mit bestehenden Fräsern, Werkzeugbahnen und CNC-Ausrüstung ganz gut produzieren.

Warum das Boot schaukeln?

Es gibt gute Gründe, mehr über HPM zu erfahren, besonders wenn Sie in die Zukunft wachsen wollen. Viele Werkstätten, die HPM eingeführt haben, genießen Durchsatzniveaus, die mehrere Male höher sind als das, was noch vor wenigen Jahren möglich war. Die Standzeit ist besser, die Teilequalität hat sich verbessert, und es gibt neu gewonnene Flexibilität, Kundenwünsche zu erfüllen und das Geschäft auszubauen.

Was ist High-Performance Machining?

Was ist HPM genau, und was braucht man, um es einzuführen? Ein teures neues CAD-System? Eine Menge neuer Schaftfräser? Eine Werkzeugmaschine mit mehr Achsenbuchstaben als das Sonntags-Kreuzworträtsel? Eine HPM-Implementierung könnte einige, keine oder all diese technologischen Fortschritte umfassen. So definierte ein CAM-Softwareunternehmen HPM in der fernen Vergangenheit:

„HPM ist ein umfassendes Paket, das die gesamte Maschine berücksichtigt“, sagte Dan Horn, Senior Applications Engineer bei DP Technology, in einem MachineDesign-Artikel. „Dazu gehören mechanische Eigenschaften, Steuerungs- und Servoantriebsleistung, Werkzeug, Werkzeughalter, Vorrichtungen, Teilebearbeitung und sogar Bearbeitungsstrategien.“

Ein wichtiger Weg, über HPM nachzudenken, ist als Bearbeitungsstrategie – nicht als Technologie an sich. Was bedeutet das? HPM ist eine Denkweise, die Technologie nutzt, um das zu tun, was für den Job am meisten Sinn ergibt – um das beste Ergebnis und die beste Produktionsausgabe zu erzielen und ein gewünschtes Geschäftsziel zu erreichen. Heutige Technologie kann Ihnen helfen, eine HPM-Werkstatt zu werden, aber sie erfordert mehr als nur Maschinen.

„Das Bearbeitungszentrum ist vielleicht nicht die beste Maschine für den Job“, meint Peter Zelinski, Chefredakteur von Modern Machine Shop, im Artikel „High Speed Machining: The Next Decade“. „Multitasking-Drehmaschinen leisten heute mehr, und so tun es Bearbeitungssysteme, die einst als zu spezialisiert galten.“

Zelinski argumentiert, es geht nicht ausschließlich um Geschwindigkeit oder Maschinentyp. Vielmehr behauptet er, es geht um die organisatorischen Änderungen, die in der Werkstatt oder in der Kommunikation mit Kunden nötig sind. Während Zelinski diesen Artikel 2006 schrieb, gilt sein Punkt heute noch. Im Kern kann HPM Herstellern und Werkstätten helfen, mehr Arbeit mit weniger Arbeitsaufwand und größerer Effizienz zu bewältigen.

Hier sind die Schlüsselkomponenten eines HPM-Betriebs.

Die Maschinen der High Performance

Es ist wichtig für jede Werkstatt, bei der Maschinentechnologie aktuell zu bleiben, aber manchmal ist es einfach nicht drin, in ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum, eine Multitasking-Drehmaschine oder ein flexibles Fertigungssystem zu investieren. Zum einen haben Sie vielleicht nicht die richtige Art von Arbeit für diese Maschinen. Auch mag es wie ein größeres finanzielles Investitionsrisiko erscheinen, als man eingehen kann (obwohl sich das verbessern sollte, sobald die HPM-Transformation begonnen hat).

Ja, es stimmt, dass ein neues Werkzeug oft Teile schneller produziert und engere Toleranzen hält als eines, das in den 1990ern oder früher gekauft wurde. Aber es ist auch möglich, Aspekte von HPM auf ältere Maschinen anzuwenden und die Produktionsausgabe zu verbessern. Zum Beispiel könnte ein getriebegeführtes vertikales Bearbeitungszentrum auf 6.000 min⁻¹ begrenzt sein, aber das heißt nicht, dass Sie keine großen Verbesserungen bei Standzeit und Teilequalität sehen werden, indem Sie Chip-Dünnungstechniken und volle Schnittlängen-Eingriff anwenden. Sie könnten auch Rüstzeiten reduzieren, indem Sie Schnellwechsel-Werkstückspannung installieren.

Die Schneidwerkzeuge des HPM

Denken Sie an die Vorteile moderner Schneidwerkzeuge. Wenn Sie noch handgeschärfte Bohrer verwenden und vom gemächlichen Kriechen eines HSS-Kornfressers frustriert sind, ist es vielleicht Zeit, Ihre Werkzeugstrategie zu überdenken. Schneidwerkzeughersteller haben in den letzten Jahren unglaublich robuste Hartmetallsorten, Beschichtungen und Geometrien eingeführt, und es gibt schlicht keinen Weg, die Maschinenauslastung zu steigern, es sei denn, Sie nutzen sie.

In manchen Fällen zahlen Sie pro Werkzeug mehr, aber Sie werden auch dramatische Verbesserungen beim Ergebnis sehen, indem Sie diesen kritischen HPM-Baustein übernehmen. Technologisch fortschrittliche Werkzeuge können längere Standzeiten haben und helfen, die Gesamtbetriebskosten zu senken, indem sie weniger Austausch und Arbeitsaufwand für Wartung erfordern.

Haben Sie bereits Aspekte von HPM übernommen, wollen aber Ihre Produktionsniveaus weiter steigern, während Sie Maschinen gewartet und auf optimalem Niveau halten? Erfahren Sie, wie Overall Equipment Effectiveness helfen kann, den hohen Zielen von null Fehlern und keinen ungeplanten Stillständen näher zu kommen.

Die Werkstückspannung, die Sie für HPM brauchen

Seitenklemm-Schaftfräseraufnahmen und 6-Zoll-Maschinenschraubstöcke haben ihre Berechtigung, aber es gibt weit effektivere Wege, Schneidwerkzeuge und Werkstücke zu spannen. Schrumpf- und Hydraulikwerkzeughalter bieten die überlegenen Rundlauf- und Auswuchteigenschaften, die für HPMs erhöhte Drehzahlen und Vorschübe nötig sind. Nullpunkt-Spannsysteme und andere Schnellwechsel-Spanntechnologien müssen angenommen werden, um Spindel-Auslastungen in den hohen 90ern zu erreichen (ja, das ist sogar in einer High-Mix-Low-Volume-Umgebung möglich).

Wenn Sie nicht offline Werkzeuge voreinstellen und einen standardisierten, werksweiten Werkzeugansatz verfolgen, verpassen Sie große Verbesserungschancen. Jedes Bearbeitungszentrum hat beispielsweise einen 12-mm-Hartmetall-Schaftfräser in Werkzeugtasche 7, und jede Drehmaschine hat eine 80-Grad-Raute in Station 3. Nutzen Sie diese Standard-Best-Practices, um Rüst- und Programmierzeiten zu reduzieren. Sie bieten größere Flexibilität, Aufträge auf jede verfügbare Maschine zu verlagern.

Der Code, den Sie für HPM brauchen

Wenn die meisten Leute HPM hören, denken sie an trochoidale Werkzeugbahnen, den Chip-Dünnungseffekt, lange axiale und flache radiale Schnitttiefen. Sie haben recht. Moderne CAM-Systeme bieten eine Vielzahl von Wegen, um Spanabfuhrraten zu erhöhen, während sie Standzeit und Teilequalität verbessern. Übernehmen Sie sie. Diese Werkzeugbahnstrategien lassen selbst eine alte Werkzeugmaschine oder einen günstigen Import glänzen. Sie müssen in die Schneidwerkzeuge und Werkzeughalter sowie das CAM-System selbst investieren. Sie müssen auch Zerspaner, Bediener und Ingenieure zur Schulung schicken und ihnen dann Zeit geben, das neue System zu experimentieren und zu lernen.

Zusätzlich werden Sie wahrscheinlich in Werkzeugbahn-Simulationssoftware investieren wollen, weil Ihre neue Denkweise ganz auf Stillstandsreduzierung abzielt. Investieren Sie die Zeit, um Werkzeuge und Vorrichtungen 3D zu modellieren, was Programmierung erfordert. Ja, es mag wie viel Aufwand erscheinen, aber Sie werden wahrscheinlich zurückbleiben, wenn Sie es nicht tun.

Die Daten, um wirklich High Performing zu werden

Hier kommen die Buzzwords, auf die Sie gewartet haben: Smart Manufacturing, Industrie 4.0, das Industrial Internet of Things (IIoT). Fertigung ist oder wird bald ganz um Daten gehen. Daten sagen Ihnen, wann Sie Fräservorschübe erhöhen können und wann Sie ungeplante Ausfallzeiten erleiden werden, weil Ihre Spindellager kurz vor dem Ausfall stehen. Daten sagen Ihnen auch, wie viele Minuten Sie jede Stunde durch Werkzeugwechsel und Spanabfuhr verlieren.

Letztlich geht es bei Daten darum, die höchste Auslastung und den größten Teilehaufen am Ende jeder Schicht zu erreichen. Sie müssen Daten sammeln, analysieren und auf das reagieren, was sie Ihnen sagen. Das ist die Essenz von Industrie 4.0.

Beginnen Sie, Ihre HPM-Ausgabe zu messen

Höhere Vorschübe und Schnellwechsel-Werkzeug sind klar eine gute Idee, wenn Sie sich Richtung HPM bewegen wollen, aber es gibt einen größeren Punkt bei HPM zu betonen. Ob Sie nun stolzer Besitzer eines sensorbestückten, hochmodernen Werkzeugmaschine sind oder sich fragen, wo Sie einen Ersatz für Ihren Lochstreifenleser finden – Sie können nicht verbessern, was Sie nicht messen können oder wollen.

Deshalb ist der erste Schritt auf dem Weg zu High-Performance Machining die Etablierung einer Basislinie, dann kontinuierlich daran zu arbeiten, sie zu verbessern. Vernetzen Sie Ihre Werkstatt, installieren Sie Maschinenüberwachungssensoren und Software – und ernennen Sie einen Champion, der die Leistung verfolgt. Sobald eine Verbesserungsmöglichkeit identifiziert wurde, konzentrieren Sie sich darauf, sie zu einer täglichen, monatlichen und vierteljährlichen Realität zu machen. Dokumentieren Sie klar, welche Schritte zur Verbesserung eines Prozesses oder Outputs verwendet wurden.

Starten Sie mit einem einzelnen Bearbeitungszentrum oder einer Drehmaschine, setzen Sie dann spezifische Ziele, wie eine 10-prozentige Erhöhung der Spindelverfügbarkeit im dritten Quartal oder die Etablierung von Offline-Voreinstellung bis Juli – und arbeiten Sie kontinuierlich auf diese Ziele hin. Keine Menge an High-Performance Machining bedeutet viel ohne Leistungsziele und Messung darauf hin.

Haben Sie versucht, irgendeinen Teil von HPM in Ihrer Werkstatt zu übernehmen? Was funktioniert? Was nicht? Teilen Sie Ihre Erfahrungen in den Kommentaren unten.