Kleinschalige productie van precisietandwielen – retrofit als strategische productieaanpak  

Machine-retrofitting wordt vaak gezien als een noodoplossing – een compromis tussen een beperkt budget en de wens naar moderne productietechnologie. EWS Weigele GmbH & Co KG in Uhingen laat echter zien dat deze visie tekortschiet. Samen met EMAG heeft het bedrijf een VSC 400 DDS doelgericht gemoderniseerd en aangepast aan de eigen productie-eisen. Zo ontstond een productielossing die qua procesbetrouwbaarheid, beschikbaarheid en kosteneffectiviteit minstens gelijkwaardig is aan een nieuwe investering. 

EWS Weigele produceert hoogprecisie gereedschapshouders en voert 90 tot 95 procent van het productieproces in eigen huis uit. Van grondstof tot geassembleerd eindproduct. Een essentieel onderdeel van deze productieketen is de vervaardiging van kegeltandwielen en rechte tandwielen voor aangedreven gereedschapsunits. De typische batchgrootte ligt tussen twee en vijf werkstukken per order. Bij deze hoge mate van verticale integratie heeft iedere machinestilstand direct invloed op de leverbetrouwbaarheid. Toen de bestaande tandwielproductie gemoderniseerd moest worden, was de centrale vraag niet alleen ‘Welke technologie?’, maar vooral ‘Hoe snel?’. 

De keuze voor een retrofit van de VSC 400 DDS was gebaseerd op een heldere rekensom: de levertijd voor een vergelijkbare nieuwe machine zou acht tot twaalf maanden bedragen, plus enkele weken voor inbedrijfstelling en proceskwalificatie. Dankzij de retrofit kon de productie al na enkele weken worden hervat. De mechanische basisstructuur van de machine was nog intact en de medewerkers waren vertrouwd met het machineconcept – ideale voorwaarden voor een snelle modernisering. 

Technologische upgrade 

De retrofit omvatte een volledige technologische modernisering met behoud van de mechanische basisstructuur.  

• Besturingstechniek: vervanging door een moderne CNC-besturing met uitgebreide functies en interfaces voor productiegegevensregistratie. De nieuwe besturing maakt directe integratie in het digitale productiemanagementsysteem mogelijk. 

• Automatiseringsinterfaces: aanpassing van de machinezijde-interfaces aan het in de fabriek gebruikte Varia-snelwisselsysteem en de werkstuktoevoer via een draaitransporteur met indexering. 

De investeringskosten lagen rond de 70 procent van een vergelijkbare nieuwe machine – met volledige technologische prestaties. 

Pick-up-principe 

De VSC 400 DDS is gebaseerd op het concept van een verticale pick-up-draaimachine met pick-up-spil. Het werkstuk wordt niet handmatig of door een robot in een klauwplaat geplaatst, maar door de werkspil zelf opgepakt vanaf een gedefinieerde positie. De tandwielen bevinden zich op werkstukdragers in het draaitransportsysteem met indexering. De werkspil grijpt het werkstuk bij het pick-up-station en transporteert het naar de bewerkingsruimte. Dit proces elimineert invoeronnauwkeurigheden. De herhaalnauwkeurigheid van het oppakken ligt in het bereik van enkele micrometers, omdat de positionering mechanisch wordt bepaald door de geometrie van de werkstukdrager. In tegenstelling tot robotsystemen met grijpers zijn invoerfouten door vervuiling, verwisseling van werkstukken of herkenningsfouten constructief uitgesloten. 

De processtabiliteit blijkt in de praktijk: bij EWS wordt de volledige hardbewerking van de tandwielen uitgevoerd op de VSC 400 DDS – harddraaien met PCD- of CBN-gereedschappen, slijpen van gedefinieerde functionele vlakken en nabewerking. Series van meerdere tientallen werkstukken worden geproduceerd zonder tussentijdse metingen. De vereiste toleranties blijven over de volledige batch behouden.  

Varia-snelwisselsysteem 

Bij batchgroottes van twee tot vijf werkstukken en bewerkingstijden van 4 tot 7 minuten per component ligt de zuivere bewerkingstijd per batch tussen 20 en 100 minuten. Conventionele omsteltijden van twee uur zouden de economische haalbaarheid volledig tenietdoen. EWS maakt gebruik van het eigen Varia-snelwisselsysteem, verkrijgbaar in drie gestandaardiseerde maten (VX3, VX4, V5). Het systeem is gebaseerd op een bajonetsluiting met een gedefinieerd aanhaalmoment. De herhaalnauwkeurigheid ligt in het bereik van enkele micrometers. Zowel statische als aangedreven gereedschappen kunnen worden opgenomen. 

De gereedschapswissel verloopt volgens een doordachte volgorde: terwijl de machine produceert, worden de gereedschappen voor de volgende opdracht buiten de machine in Varia-houders gemonteerd, gemeten en in een gereedschapsshuttle geplaatst. De gereedschapsdata worden overgedragen aan de besturing. De CAM-programmering gebeurt met digitale tweelingen van de gereedschappen, zodat botsingscontroles al vóór de fysieke omstelling plaatsvinden. Na afronding van de lopende opdracht worden de gereedschappen uit de shuttle genomen en via de bajonetsluiting in de torenposities geplaatst. De mechanische wisselhandeling duurt slechts enkele seconden per gereedschap. De machinestilstand voor een complete omstelling wordt teruggebracht tot 5 tot 10 minuten per volledige revolver. 

Automatisering 

Het draaitransportsysteem met indexering biedt plaats aan werkstukken voor maximaal drie uur onbemande productie. De werkstukken worden geplaatst op werkstukdragers die zorgen voor een gedefinieerd contactvlak en een nauwkeurige positionering. De operator belaadt de transportband aan het begin van de dienst en kan zich tijdens de bewerking aan andere werkzaamheden wijden. Deze vorm van ‘flexibele automatisering’ maakt economisch machinaal produceren mogelijk, zelfs bij kleine series – een doorslaggevend verschil met grootschalige automatisering, waarbij speciale systemen zich pas bij hoge aantallen terugverdienen. 

Digitale productieaansturing 

De productie is gebaseerd op een end-to-end digitaal proces. Elk gereedschap en elke gereedschapshouder bestaat als digitale tweeling in het systeem. De NC-programma’s worden gegenereerd met CAM-software, waarbij niet wordt gewerkt met abstracte gereedschapsgeometrieën, maar met de exacte digitale modellen van de daadwerkelijk gebruikte gereedschapshouders. 

Dit maakt botsingscontrole al in de programmeerfase mogelijk, optimalisatie van gereedschapsbanen op basis van werkelijke gereedschapsafmetingen en automatische generatie van instelgegevens. De operator ontvangt een digitale instellijst die exact aangeeft welke gereedschappen in welke volgorde moeten worden opgebouwd. Dit systeem minimaliseert instelfouten en verkort de inwerktijd van nieuwe medewerkers aanzienlijk. 

Kwaliteitsborging door processtabiliteit 

Bij EWS wordt kwaliteit niet geborgd door meten, maar door processtabiliteit. De combinatie van de stabiliteit van het pick-up-principe, de herhaalnauwkeurigheid van het Varia-gereedschapssysteem en de thermische stabiliteit van de verticale machine maakt de productie van tandwielen met toleranties in het micrometerbereik mogelijk – zonder 100 procent controle. De statistische procescapabiliteit wordt bewaakt door regelmatige steekproeven. Pas wanneer de meetwaarden aantonen dat het proces stabiel is, wordt individuele controle achterwege gelaten. Deze productiestrategie verkort de doorlooptijden aanzienlijk en verlaagt de kosten voor kwaliteitsborging. 

Retrofit als bewuste technologische keuze 

Het project bij EWS laat zien dat retrofit geen noodoplossing is, maar een technisch en economisch superieur alternatief kan vormen voor een nieuwe investering – vooral wanneer de mechanische basisstructuur nog decennialang inzetbaar is. De belangrijkste voordelen: 

• Beschikbaarheid: hervatting van de productie na weken in plaats van maanden – een cruciale concurrentiefactor bij een hoge interne productiediepte. 

• Procesbetrouwbaarheid: het pick-up-principe elimineert invoeronnauwkeurigheden; nauwe toleranties worden aangehouden zonder tussentijdse metingen. 

• Flexibiliteit: het snelwisselsysteem reduceert omsteltijden tot minuten; frequente productwissels worden economisch haalbaar. 

• Kosteneffectiviteit: investeringskosten rond 70 procent van een nieuwe machine bij vergelijkbare prestaties. 

• Duurzaamheid: verlenging van de levensduur van de machine met 10 tot 15 jaar bij aanzienlijk lager grondstoffengebruik. 

Voor productiebedrijven met kleine series, hoge kwaliteitseisen en een grote interne productiediepte biedt dit concept een beproefde aanpak voor de modernisering van productietechnologie.