Wann horizontalen Bearbeitungszentren warten, überholen oder ersetzen?

Viele Werkzeugmaschinen sind für lange Lebensdauer gebaut. Doch es kommt in jedem Maschinenleben der Zeitpunkt, an dem etwas getan werden muss, um die Betriebsfähigkeit zu verbessern.

Lassen Sie uns einige Entscheidungen untersuchen, die Shops über alternde horizontale Bearbeitungszentren (HSC/Horizontal Machining Centers) treffen müssen: schwere Wartung, Upgrades, Generalüberholung und Ersatz durch ein neues Modell.

Das Erste, was über die Pflege von Horizontalmaschinen gesagt werden muss, wird viel zu oft vergessen: Präventive Wartung (PM) sollte von Anfang an durchgeführt werden. Maschinenbauer geben Richtlinien. Manchmal, wie bei Doosan Machine Tools America in Pine Brook, New Jersey, gibt es buchstäblich ein Diagramm an der Maschine. Natürlich variieren diese Pläne je nach Maschinenlaufzeit, aber selbst ein Ein-Schicht-Jobshop mit neuer Maschine muss auf PM achten, sagt Ragen Hunsucker, Service Manager bei Machine Tool Specialties in Tulsa, Oklahoma – ein Doosan-Distributor für Oklahoma, Kansas und Südwest-Missouri. Leider fügt er hinzu, erleben viele Unternehmen einen „Machtkampf zwischen Wartung und Produktion“, und das Bedürfnis nach „Teilen, Teilen, Teilen“ gewinnt so weit, dass sie jahrelang keine Wartung durchführen.

Zu ihrem Verdienst bieten die meisten großen Maschinenbauer und ihre Vertriebspartner an, PM für ihre Kunden durchzuführen, aber die Akzeptanz ist lückenhaft. Jeff DeLaughter, Inhaber von Machine Tool Specialties, sagt, größere Konzerne schließen eher PM-Verträge ab, doch Produktionsanforderungen können es immer noch zum Kampf machen, die Arbeit tatsächlich zu planen. Was mittelgroße und kleinere Shops angeht: die Zahl, die einem empfohlenen Wartungsplan folgt, ist „nahezu null“.

Bernie Otto, Director of Technical Support bei Methods Machine Tools Inc. in Sudbury, Massachusetts, sagt, es gibt zwei Kundentypen, die sich für PM-Programme anmelden. Der erste: ein Unternehmen, das keines hatte und „zu oft verbrannt“ wurde durch teure Maschinenausfälle, wenn sie es sich am wenigsten leisten konnten. Der zweite: ein Unternehmen, das von vornherein erkennt, „dass sie einzigartige Ausrüstungen managen, die schwer zu ersetzen sind“, besonders wenn sie diese Maschinen für höhere Produktionslevel brauchen. Er zitiert einen Methods-Kunden, der ein sehr abrasives und ungewöhnliches Material an einer Spezialmaschine schneidet, die laufen muss. „Sie investieren in ein konsistentes präventives Wartungsprogramm. Alle sechs Monate reinigen wir die Bereiche um Kugelgewindetriebe und Führungen, prüfen Schmierstofffluss und überprüfen die Gesamtfunktionalität der Maschine.“

Otto beobachtete, dass die Pandemie viele Wartungstechniker in Frühverdrängung trieb. „Deshalb sehen wir einen Anstieg an Serviceverträgen, weil [Kunden] keine Wartungsleute mehr haben“, sagt er. „All die alten Jungs gingen in Rente. Neueinsteiger schmieren vielleicht Wegöl in die Maschine, aber bei Methods rüsten wir uns für vollständigere Programme. Immer mehr Kunden realisieren, dass sie, wenn sie ihren Service strukturieren und organisieren, Stillstand besser planen können. Wir können viele kleine Probleme vorab beheben, bevor sie zu echten großen Problemen werden.“

Aufgaben und Tests beim Altern der Maschine

Doosans VP of Service, YB Lee, weist darauf hin, dass ein hoher Prozentsatz HSC-Nutzer 24/7 oder nahe dran läuft, mit hohen Ansprüchen an Uptime. Lee unterteilt Routinewartung in vierteljährliche, halbjährliche und jährliche Aufgaben, wobei letztere Dinge umfassen wie: Wegabdeckungen abnehmen und Späne entfernen, Kühlmitteltank reinigen, Hydraulikflüssigkeit wechseln, Maschinenausrichtung prüfen, Spiel einstellen, Spindellauf prüfen.

Hunsucker sagt, sobald ein HSC etwa 10.000 Stunden auf dem Buckel hat, beginnt Doosan auch, ein Megohmmeter zu nutzen, um möglichen Durchbruch in Motorwicklungen oder Kabeldegradation (Isolationsbruch in Kabeln zu den Motoren) zu detektieren. Er warnt auch, dass Boxways (Führungen mit Kastennut) mehr Aufmerksamkeit erfordern als Linearschienen. „Bei Linearschienen ist es nicht ganz so kritisch, auf die Führungen, das Schmiersystem, die Ölverteiler und so zu achten wie bei einer Boxway-Maschine.“ Aber Boxways bieten überlegene Steifigkeit und Vibrationsdämpfung, was sie für schwere Zerspanung beliebt macht. (Doosan bietet beide HSC-Typen an.)

Wenn Sie PM eingehalten haben, abgesehen von offensichtlichen Komponentenausfällen: Wie wissen Sie, ob es Zeit für eine Generalüberholung ist, oder vielleicht den HSC zu ersetzen? Bill Malanche, COO bei Mitsui Seiki USA in Franklin Lakes, New Jersey, sagt, das lässt sich nicht realistisch planen. Stattdessen: „Maschinenstillstand und Ausschussrate sind wahrscheinlich bessere Indikatoren dafür, wie es der Maschine geht“, bietet er an. „Natürlich können schlechte Teile viele Ursachen haben, aber wenn Sie einen bewährten Produktionsprozess haben und anfangen, Verschlechterung bei Dingen wie Geradheit, Rechtwinkligkeit und Bauteilgenauigkeit zu sehen, dann haben Sie eine Ahnung, dass etwas anfängt zu versagen.“

Otto stimmt genau diesem Punkt zu: „In vielerlei Hinsicht ist das Werkstück der Puls der Horizontalmaschine. Sehen Sie Ungenauigkeiten in Ihren Teilen oder bekommen Sie schlechte Oberflächen, ist das meist ein Indikator, dass die Maschine Probleme hat. Das kann alles sein: nur ein verschlissenes Bauteil wie eine Linearschiene. Es könnte sich verschlechterndes Turcite an einer Boxway-Maschine handeln. Schwache Zugstangen. Schwacher Palettenklemmmechanismus.

„Es gibt ein paar einfache Tests, die die meisten Zerspaner durchführen können, um den Bereich einzugrenzen, der die Probleme verursacht“, fährt er fort. „Zum Beispiel: Werkzeug in die Spindel spannen, Schlüssel rausnehmen und drehen, um zu prüfen, ob Sie axial Spiel an der Maschine haben – das könnte darauf hindeuten, dass die Zugstange schwächer wird. Manche stecken sogar einen Schraubendreher in die Spindel, um sie etwas zu hebeln. Bewegt sie sich, sind die Zugstangenfedern wahrscheinlich verschlissen.“

Ein weiterer simpler Test: Ein Messuhr an der Spindel befestigen und an der Vorrichtung abtasten, während man versucht, die Palette manuell zu bewegen. „Bewegt sie sich, haben Sie höchstwahrscheinlich Rückschlag in einer Achse und werden wahrscheinlich einen Service-Techniker rufen müssen.“

In ähnlicher Richtung sagt Hunsucker, ein regelmäßiger Ballbar-Test sei eine schnelle und einfache Methode, „Genauigkeitsprobleme zu erwischen, bevor sie auftreten, oder während sie sich allmählich entwickeln.“ Und, für besser oder schlechter, es ist einfacher, einen Kunden zu einem periodischen Ballbar-Test zu überzeugen als zu einem PM-Vertrag. Nach Etablierung einer Baseline liefern periodische Tests Schnappschüsse der geometrischen Genauigkeit. In jeder Phase kann der Kunde beurteilen, ob der Fehlergrad akzeptabel ist oder Anlass zur Sorge gibt. Er könnte entscheiden: Obwohl die Maschine aus der Toleranz driftet, weiterlaufen, weil Teile noch akzeptabel sind. Andererseits könnte ein Luftfahrt-Shop bei denselben Daten schließen, dass das Risiko schlechter Teile nun hoch genug für eine volle Evaluation und wahrscheinlich Reparatur ist.

Wenn eine Maschine, die gut lief, nun unakzeptabel ungenau ist, empfahl Malanche, einen qualifizierten Auftragnehmer oder den Maschinenbauer zu beauftragen, die Maschine „neu zu installieren“, bevor größere Reparaturen wie Kugelgewindetriebaustausch in Betracht gezogen werden. „Die Maschine bewegt sich seit Jahren hin und her und das Fundament setzt sich. Das verursacht Verwindung der Maschine. Wir wollen diese Verwindung lösen. … Ich muss die Maschine nicht bewegen, aber ich löse sie von den Inertiapads, setze sie zurück, wo sie war, und installiere sie quasi neu, richte sie neu aus, mache eine neue Laserkalibrierung, solche Dinge.“ In Malanches Erfahrung löst das das Problem in mehr als der Hälfte der Fälle, wenn die Fehler nicht riesig sind. „Beispiel: Eine Maschine hielt Zehntel über Jahre, Sie crashen sie und jetzt hält sie einen Tausendstel. Das könnten Sie mit Rekommissionierung fixen.“

Smarte Upgrades

Angenommen, Ihre Maschine hält geforderte Toleranzen, aber Sie brauchen mehr Durchsatz. Alle für diesen Artikel Befragten sagten, ein Steuerungsupgrade mache fast nie Sinn. Aber Otto, auch Methods‘ Produktmanager für OKK- und Kiwa-Maschinen, sagte, zwei andere Upgrades sollten ernsthaft in Betracht gezogen werden.

„Wir können zusätzliche Palettenpools nachrüsten, damit die Maschine mehr unbeaufsichtigte Stunden mit höherem Teilemix fahren kann. Und wir können zusätzliche Werkzeugkapazität hinzufügen, damit sie mehrere Teile handhaben kann, die gereiht sind.“ Tatsächlich, so Otto, sind etwa 60 Prozent von Methods‘ Kiwa- und OKK-Mehrpalettenverkäufe für Maschinen, die ursprünglich mit einer Standard-Zweipaletten-Anordnung ausgestattet waren. „Weil Shops oft einen Vertrag über ‚40.000 Teile‘ versprochen bekommen, die Erstbestellung aber für 3.000 ist. Kunden haben erkannt, es ist klüger, zu warten, bevor man voll auf das größere Automationssystem setzt.“

Die meisten Horizontalmaschinen haben zwei Paletten, die sich um 180° schwenken, zwischen Arbeitszone und Be-/Entladestation wechselnd. Methods und andere Anbieter bieten Automationsoptionen, die zusätzliche Paletten zur Beladeseite des Drehwechslers der Maschine bringen. Otto beschreibt Stand-alone-Pools mit fixer Palettenzahl für eine Maschine, einen Turm für eine Maschine (platzsparender, nun beliebter werdender Ansatz) und lineare Systeme mit Roboter für eine oder mehrere Maschinen. DeLaughter sagt, Doosan baut seine linearen Palettensysteme so, dass man im Laufe der Zeit bis zu sechs Maschinen hinzufügen kann, „und die Paletten dazu erweitern, solange man mit der richtigen Basis startet.“ Und Otto fügt hinzu: „Die meisten dieser Systeme haben einen Scheduler, von denen einige komplexe Routing-Herausforderungen bei diversen Jobs bewältigen können.“

Otto referenziert einen Kunden, der während der COVID-19-Pandemie einen Notfallauftrag für Atemschutzteile erhielt, gleichzeitig aber die Hälfte seines Personals durch die Krankheit verlor. Methods lagert Automationskits für schnelle Nachrüstung und rüstete den Shop mit einem 6-Stationen-Palettenpool für eine bestehende Kiwa KH-45 plus einer neuen Kiwa KH-4500 mit weiterem 6-Stationen-Palettenpool aus. Beide Maschinen nutzen dieselben Paletten.

„Innerhalb weniger Wochen ging er von ca. 6 Stunden Laufzeit am Tag – das ist alles, was ein Bediener schafft – auf ca. 16 Stunden. Er kam schließlich auf ca. 22 Stunden am Tag, leicht betreut“, sagt Otto. „Wir nahmen exakt dieselben Jobs, Geschwindigkeiten, Vorschübe, alles was er vorher machte. Alles, was wir taten, war zwei Palettenpools hinzuzufügen, und das verlängerte seine Tage und verdoppelte seine Produktion bei gleicher Personenzahl.“

Erhöhte unbeaufsichtigte Bearbeitung erfordert oft Erhöhung der Werkzeugwechslerkapazität, besonders wenn Sie eine Vielzahl von Jobs automatisieren. Otto erklärt, „verschiedene Hersteller haben unterschiedliche Wege, ihre Werkzeugkarusselle zu erweitern“, und einige sind von Anfang an darauf ausgelegt, es einfach zu machen. Beispiel: Methods kann Magazine zu einer OKK-Maschine einfach hinzufügen, in manchen Fällen von 60 auf 170 Werkzeuge. „Wir können einen Kiwa-Werkzeugwechsler im Feld von 120 auf 240 Werkzeuge in etwa eineinhalb Tagen nachrüsten.“

Otto schlägt weitere Upgrades vor, die oft kosteneffektiv sind: Tastsonde hinzufügen (für einfachere, automatisierte Einrichtung), Nebelextraktor für bessere Gesundheit und Sicherheit. Verbesserte Kühlmittelfiltration und Späneförderer könnten auch angebracht sein, wenn Sie Durchsatz gesteigert haben. Und „Software-Upgrades für Werkzeuglastüberwachung und ähnliches“ können sehr hilfreich sein.

Harte Entscheidung: Reparieren, Überholen oder Ersetzen?

Wenn Ihr HSC ein großes Problem hat, stehen Sie vor einer schwierigen Wahl: reparieren, überholen oder ersetzen? Und es ist nicht rein eine Frage der Bareinkosten für jede Option. Zum einen: Selbst wenn Sie die alte Maschine für deutlich weniger als eine neue überholen können, müssen Sie bedenken, wofür Sie den Platz sonst nutzen könnten und welche Vorteile neuere Technologie brächte.

Klaus Miller, VP Sales bei Absolute Machine Tools Inc. in Lorain, Ohio, berichtet, viele Kunden ersetzen 15- bis 20-jährige HSCs, weil sie abgenutzt und in jeder Hinsicht viel langsamer sind als neuere Technologie.

„Manche Maschinen jenes Alters haben riemengetriebene Spindeln, die nur 8.000 bis 10.000 rpm schaffen“, sagt Miller, „versus heutige Integralschindeln mit 15.000 rpm. Werkzeugwechselzeit bei älteren Maschinen beträgt wahrscheinlich 5 bis 6 Sekunden – mindestens doppelt so viel wie heute.“

Dazu werden Kunden oft gezwungen, Geschwindigkeiten an älteren Maschinen weiter zu reduzieren. „Ich habe viele Kunden, die ihre 15- bis 20-jährigen Maschinen mit halber Eilgang fahren, weil die Maschine vollen Eilgang nicht mehr packt.“ Obendrauf, so Miller, „waren die älteren 400-mm-Horizontals Schweine – riesig. Groß und klobig, viel Blech, mit Werkzeugwechsler seitlich angebaut und Späneförderer hinten um fünf bis sechs Fuß verlängert. Jetzt ist alles eingehüllt und wirklich kompakt.“

Lee sagt, Doosan HSCs sind für 40 Stunden pro Woche über 20 Jahre ohne größere Reparatur ausgelegt, was zum Jobshop-Markt passt. „Aber“, fügt Lee hinzu, „Horizontal-Kunden fahren oft 24/7. Die werden in fünf bis sieben Jahren größere Reparaturen brauchen.“ Doch schon nach nur fünf Jahren, so Lee, können sie Produktivität um 15 bis 25 Prozent – oder bis zu 30 Prozent je nach Anwendung – steigern, indem sie eine neue Maschine bekommen. Daher sollte ein Hochvolumen-Kunde, der wahrscheinlich auch hohe Uptime-Anforderungen hat, eine abgenutzte Maschine ersetzen. Andererseits, sagt Lee, haben sie Jobshop-Kunden, die ihre HSCs seit 40 Jahren laufen. „Also kommt es auf den Nutzen an.“

Malanche merkt an, Mitsui Seiki Maschinen sind für 75.000 Stunden gebaut. Er erinnert an einen Automobilkunden mit 25 Maschinen, der keine länger als fünf Jahre behielt.

„Er mochte unsere Ausrüstung wirklich und war extrem zufrieden mit Uptime, Zuverlässigkeit und Teilequalität. Aber er sagte mir glatt: Die Idee, Maschinen länger als fünf Jahre in seiner Anlage Platz belegen zu lassen, egal in welchem Zustand, sei unpraktisch. Der Herr erklärte, dass technologische Fortschritte bei Geschwindigkeit und Produktion sich Jahr für Jahr signifikant ändern. Und eine Werkzeugmaschine, die heute 40 m/min Eilgang schafft, schafft in fünf Jahren 60 m/min. Also würde der Output der Maschinen, die Platz belegen, allein durch Technologiefortschritt steigen. Warum Maschinen haben, die 100 % der benötigten Teile produzieren, wenn man dieselbe Anzahl Maschinen 133 % produzieren lassen kann?“

Es gibt Argumente für Reparatur oder sogar Generalüberholung eines älteren HSC. Erstens: Wenn die Maschine solide ist, aber eine spezifische Reparatur braucht (z. B. Kugelgewindetriebaustausch), könnte es sich lohnen. Wenn Ausbau und Ersatz extrem störend wäre, könnte Überholung vor Ort besser sein. Dasselbe gilt, wenn Lieferzeit für Ersatz zu lang wäre.

Je teurer die Maschine, desto attraktiver erscheint Überholung. Wie Hunsucker sagt: „Eine Boxway-Maschine mit Getriebestock… sind schwer zu ersetzen. Wege und Wegband neu zu machen ist ziemlich kostspielig, aber für einen ausgebildeten Techniker ziemlich einfach. Solange die Elektronik nicht uralt ist, ist Überholung und Wiedereinproduktion eine realistische Option.“

Es gibt eine vierte Option, fügt Hunsucker hinzu: Umwidmung der Maschine. Beispiel: Wenn eine Maschine keine engen Toleranzen mehr hält, kann man sie genug reparieren, um sie weiterlaufen zu lassen, und für Schruppbearbeitung nutzen.

Schließlich: Wenn Sie sich für neue Technologie entscheiden, fragen Sie nach Inzahlungnahme. Wenn Ihre Maschine kein Totalschaden ist, findet Ihr freundlicher lokaler Distributor ein neues Zuhause dafür, und Sie sparen Geld an der neuen Maschine. DeLaughter sagt, sie nehmen etwa die Hälfte der Zeit eine Maschine in Zahlung.