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Kontinuierliche Steigerung der Produktivität mit kleinen Werkzeugmaschinen. Vorreiter in einem neuen Bereich mit der SPEEDIO-Serie.

Werkzeugmaschinen und Zerspanungswerkzeuge sind immer eng miteinander verbunden. Daher ist es erstaunlich, dass Brother Industries, Ltd., ein bekannter Marktführer im Bereich der Werkzeugmaschinen, und Mitsubishi Materials Corporation, ein Spezialist für Zerspanungswerkzeuge, bislang nicht zusammengearbeitet haben, obwohl beide Unternehmen seit mehr als 100 Jahren in der Branche tätig sind. Dies hat sich nun geändert: Die beiden Unternehmen haben sich zusammengeschlossen, um gemeinsam einen Monoblockhalter für die iMX-Fräsköpfe zu entwickeln. Bei der Entwicklung, Einführung und Ausweitung auf neue Bereiche  arbeiteten sie eng zusammen und werden dies auch weiterhin tun. Wir haben die an dieser Zusammenarbeit beteiligten Personen aus beiden Unternehmen zu einer Gesprächsrunde eingeladen.

Mehr als ein Jahrhundert Erfahrung / Herausragende Kleinmaschinen seit 60 Jahren

Brother Industries, Ltd. wurde 1908 als Nähmaschinenreparaturwerkstatt gegründet. In den einhundert Jahren, die seither vergangen sind, hat das Unternehmen den größten Marktanteil bei Nähmaschinen für den Heimgebrauch und für industrielle Zwecke erobert. Auch bei Druckern und multifunktionalen Peripheriegeräten ist das Unternehmen branchenführend. 

1962 nutzte Brother Industries seine Spitzentechnologie zur Einführung von Gewindeschneidmaschinen für die Bearbeitung von Gewindebohrungen. Im Jahr 1985 brachte das Unternehmen das CNC-Gewindebohrzentrum auf den Markt – ein herausragender Fortschritt in der Branche, was zu höherer Genauigkeit und Produktivität führte. Seitdem hat das Unternehmen die Entwicklung von Maschinen und Steuergeräten als eine seiner Kernkompetenzen fortgesetzt. 

„Da die an der Entwicklung der numerischen Steuerung (NC) beteiligten Ingenieure mit der Mechanik der Maschine bestens vertraut sind, ist es uns gelungen, unnötige Bewegungen zu reduzieren und so die Effizienz zu maximieren. Bei der BT30-Spindel für kleine Werkzeugmaschinen lag unser Hauptaugenmerk von Anfang an auf der Steigerung der Produktivität durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit“, meint Kenta Shimodaira vom Nagoya Sales Office. Er erklärt, dass sie einen Prozess nach dem Trial-and-Error-Prinzip wiederholt durchgeführt haben, um nicht nur die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen, sondern auch größere Materialien und Materialien mit einer höheren Werkzeuglast zu bearbeiten, als es bei einer herkömmlichen BT30-Spindel möglich wäre. 

Bei der ursprünglichen Konstruktion des CNC-Gewindebohrzentrums wurden trotz des Trends zu multifunktionalen Werkzeugmaschinen Funktionen weggelassen, um sich voll und ganz auf die Bearbeitungsproduktivität zu konzentrieren. Um mit der Marktnachfrage Schritt zu halten, wurden die Funktionen Fräsen und Feinbohren hinzugefügt. Mit der Verbreitung von PCs und Mobiltelefonen etablierte sich das CNC-Gewindebohrzentrum allmählich als kleine Werkzeugmaschine sowohl in Japan als auch in China. 

Entwicklung der Marke SPEEDIO und Zusammenarbeit mit Mitsubishi Materials

Die Einführung der kompakten Bearbeitungszentren der Marke SPEEDIO im Jahr 2013 war ein wichtiger Wendepunkt im Maschinengeschäft von Brother Industries. Nach der erfolgreichen Einführung der S-Serie, die sich auf die hohe Produktivität der BT30 konzentrierte, führte Brother die M-Serie mit Drehfunktionen, die R-Serie mit einem Palettenwechsler mit Highspeed-Doppelfläche und die W-Serie mit dem größten Bearbeitungsbereich in der BT30 Klasse ein. Durch den Erfolg dieser Produkte konnte die Position der Marke im Maschinengeschäft gefestigt werden. 

„Die bemerkenswerteste Eigenschaft der BT30 ist deren hohe Produktivität. Seit der Markteinführung der SPEEDIO-Serie, die sehr gut angenommen wurde, ist der Marktanteil stetig gewachsen, wobei jedes Jahr Upgrades eingeführt wurden, um mit dem Bedarf an neuen Bearbeitungstrends, Technologien und erhöhter Produktivität Schritt zu halten. Ein solcher Fortschritt bei Werkzeugmaschinen erfordert eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Werkzeuge für die Bearbeitung“, meint Yunosuke Hirose von der Development Group 1. Weiter führt er aus: „Schon vor der Einführung von SPEEDIO war die Qualität der von Mitsubishi Materials hergestellten Fräser im Unternehmen durchaus bekannt. Überraschenderweise gab es jedoch keine gemeinsamen Projekte mit ihnen, obwohl Brother die Zusammenarbeit mit Werkzeugherstellern als vorrangig ansah.“

Atsuhi Kitamura, Tooling Management Section, Technical Sales Dept., Mitsubishi Materials Corporation, dazu: „Bis vor ein paar Jahren haben wir das Potenzial der BT30 gar nicht verstanden. Wir dachten alle, BT30 sei für schwer zerspanbare Materialien ungeeignet. Jetzt wissen wir es besser.“

SPEEDIO S-SERIE
S300Xd1 / S500Xd1 /S700Xd1

Die 2013 eingeführte SPEEDIO S-Serie hat sich zum Verkaufsschlager entwickelt. 2022 wurde beim ersten Modellwechsel in drei Jahren die intuitive Bedienbarkeit mit der neuesten CNC-Steuerung und einem großen Touchpanel verbessert. Das zulässige Maximalgewicht der Werkzeuge wurde deutlich auf 4 kg erhöht. Die Erweiterung des Angebots an besser einsetzbaren Werkzeugen wurde von Kunden, die Komponenten für Autos und IT-Geräte bearbeiten, sehr gelobt. 

Stärkung der Struktur für eine geschäftliche Zusammenarbeit durch die Entwicklung des BT30-Monoblockhalters für iMX-Fräsköpfe.

Brother Industries und Mitsubishi Materials hatten noch keine Struktur für eine geschäftliche Zusammenarbeit, als sich Yunosuke Hirose und Atsushi Kitamura 2019 trafen. Zu diesem Zeitpunkt fragte Hirose Kitamura zum ersten Mal nach der Möglichkeit, einen neuen BT30-Monoblockhalter zu entwickeln, der den Kopf der iMX-Schaftfräser-Serie mit SPEEDIO verbindet, ohne dass ein separater Werkzeughalter erforderlich ist. 

Um der Anfrage nachzugehen, begannen Kitamura und das Team mit der Arbeit an dem neuen Halterkonzept. Es dauerte etwa zwei Jahre, bis 2021 schließlich ein Prototyp des iMX-BT30-Monoblockhalters mit einem einzigartigen Befestigungsmechanismus fertig war. Hirose erzählte uns, dass er sich anfangs fragte, ob sie irgendetwas produzieren könnten, das sich wesentlich von dem unterscheidet, was andere Hersteller auf dem Markt haben. Aber als das Team Fortschritte machte, wurde klar, dass sie die Werkzeugvibrationen erheblich unterdrücken und die Genauigkeit erhöhen konnten. Auch die Geräuschentwicklung wurde reduziert, um den Bedienerkomfort während der Bearbeitung zu verbessern. „Ich konnte den Prozess aus der Nähe beobachten und sah, wie motiviert Hirose Kitamura und das Team bei der Entwicklung des Werkzeugs waren.“ 

Die iMX-Serie mit austauschbarem Schneidkopf erreicht eine hohe Steifigkeit durch ein System mit doppeltem Flächenkontakt (Kegel- und Stirnseite) und nutzt eine einzigartige Technologie, die eine spezielle Stahlverschraubung ermöglicht. Die beiden Unternehmen haben erfolgreich zusammengearbeitet, um einen Monoblockhalter zu entwickeln, der den Kopf direkt mit der SPEEDIO-Einheit verbindet und so eine Verbesserung der Stabilität auch bei hohen Schnittkräften ermöglicht. Dies ist wie eine Brücke, die Mitsubishi Materials und Brother Industries miteinander verbindet.

Möglichkeiten zur Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien mit fortschrittlicher Technologie durch die gemeinsame Entwicklung des neuen Monoblockhalters

Die Leistungsfähigkeit der SPEEDIO-Serie hat sich von Jahr zu Jahr verbessert, sodass sie heute in der Lage ist, Materialien auf dem Niveau der BT40-Spindeln zu bearbeiten. Insbesondere die F-Serie weist eine erstaunliche Steifigkeit auf, die höchste unter den BT30-Spindeln. Aber auch wenn die Werkzeugmaschine eine extrem hohe Leistung erbringen kann, wird die Kapazität letztendlich durch die Steifigkeit der Werkzeuge und Halter bestimmt. Aus diesem Grund haben Brother Industries und Mitsubishi Materials ein neues gemeinsames Förderprojekt gestartet, bei dem das Know-how und die Beziehungen genutzt werden, die durch die Entwicklung des BT30-Monoblockhalters für iMX-Fräsköpfe entstanden sind. Rückblickend meint Soshi Washimi von Mitsubishi Materials, dass man den Kunden zunächst die SMART MIRACLE-Schaftfräser-Serie empfahl, die sich hervorragend für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien eignet. Dies wurde durch die Bearbeitung von rostfreiem Stahl und anderen schwierigen Materialien demonstriert. Als die Kunden die Gelegenheit hatten, diese Bearbeitung zu beobachten, konnten sie feststellen, dass die Geschwindigkeit deutlich höher war als bei den Maschinen der Serie BT40, und sie waren sichtlich beeindruckt, wie viel schneller sie im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen war. Die Tooling Mana­gement Section des Technical Sales Depart­ment kümmerte sich um die Bereitstellung umfassender Unterstützungsangebote, nicht nur für die Werkzeugauswahl, sondern auch im Hinblick auf die Betriebsbedingungen und Bearbeitungs­methoden. 

Laut Masato Yukitoki, der an dem Ganzen beteiligt war, machten sie zum ersten Mal Erfahrungen in einem unerschlossenen Gebiet und nahmen Videos von der tatsächlichen Bearbeitung auf, die später auf ihre Website hochgeladen wurden. Es war eine großartige Gelegenheit für sie, sich der nächsten Generation zuzuwenden. 

SPEEDIO F-SERIE
F600X1

Die F-Serie ist auf hohe Steifigkeit ausgelegt und bietet neben der überlegenen konventionellen Produktivität auch hervorragende Bearbeitungs­möglichkeiten. Sie eignet sich für schwer zerspanbare Materialien wie rostfreien Stahl, Titanlegierungen und vorgehärtete Stähle. 

Medizintechnische Komponenten mit simultaner Fünf-Achsen-Bearbeitung

Während die SPEEDIO-Serie für eine Vielzahl von Anwendungen in der Automobilindustrie eingesetzt wird, hat die Unvorhersehbarkeit der Branche bei der Umstellung auf die Produktion von Elektrofahrzeugen Brother Industries dazu veranlasst, neue Bereiche auszuloten. Einer dieser Schlüsselbereiche ist die 
Bearbeitung von Komponenten, die in der Medizinbranche verwendet werden. 

Yasuhiro Itsubo hat uns erzählt, dass die Neuausrichtung eine Herausforderung für ihn und die anderen Mitglieder des Promotion-Teams darstellte, aber sie haben sich eifrig mit diesem Marktsegment vertraut gemacht und den besten Einstiegspunkt gefunden. „Wir erhielten einen enormen Auftrieb, als ein Spezialist von Mitsubishi Materials einsprang und uns dabei half, uns mit einer Reihe hoch angesehener Produkte vertraut zu machen, die in den USA und in Europa im Gesundheitswesen eingesetzt werden.“ 

„Wir diskutierten diese ausführlich und entschieden uns für künstliche Kniegelenke für Patienten, die an rheumatoider Arthritis und ähnlichen Krankheiten leiden, von denen allein in Japan schätzungsweise 10 bis 30 Millionen Menschen betroffen sind. Mit der zunehmenden Alterung der Gesellschaft wird die Zahl der Operationen für den Kniegelenkersatz weiter ansteigen, was einen Bedarf an erhöhter Produktivität mit sich bringt. Die SPEEDIO M-Serie mit ihrer simultanen Fünf-Achsen-Bearbeitung schien die ideale Lösung zu sein, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die Herstellung der Komponenten für künstliche Kniegelenke erfordert eine äußerst komplizierte Mehrseitenbearbeitung. Da diese Teile langfristig im menschlichen Körper eingesetzt werden, sind Sicherheit und Präzision von größter Bedeutung. Die SMART MIRACLE-Schaftfräser-Serie von Mitsubishi Materials wurde aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, Leistungsfähigkeit und langen Standzeit für die Bearbeitung der Knieersatzteile aus Titanlegierung ausgewählt.“

SPEEDIO M-SERIE
M200Xd1/M200Xd1-5AX

SPEEDIO M sind Multifunktionswerkzeugmaschinen, die ein breites Spektrum von Anwendungen wie Fräsen und Drehen an einer Maschine ausführen können. Die M200Xd1 wurde 2022 auf den Markt gebracht, um nicht nur komplexe Arbeiten, sondern auch die simultane fünfachsige Zerspanung zur Bearbeitung komplexerer Geometrien zu bewältigen.

SPEEDIO und die Automobilindustrie auf dem Weg in die Zukunft

Neben der Entwicklung von medizinischen Komponenten bleibt die Automobilindustrie der wichtigste Markt für SPEEDIO. Mit der Umstellung der Industrie auf Elektrofahrzeuge werden Aluminiumkomponenten größer und komplizierter, was den Bedarf an Mehrseitenbearbeitungszentren erhöht. 

Die SPEEDIO U-Serie wurde 2022 auf den Markt gebracht, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die U-Serie verfügt serienmäßig über einen großen Schwenkrundtisch mit einer erweiterten Aufspannfläche von 500 mm Durchmesser und einer BT30-Spindel. Das erste Modell, die U500Fd1, ist genauso kompakt und produktiv wie die herkömmlichen BT30-Werkzeuge, ist aber für die Fünf-Achsen-Bearbeitung einsetzbar, was die Herstellung von kleinen Motorgehäusen, Batteriegehäusen, Getriebedeckeln, Lagerschilden, Pumpen, Gehäusen, Wechselrichtergehäusen und vielen anderen Komponenten von Elektrofahrzeugen ermöglicht.

Die Produktion von Elektrofahrzeugen steckt noch in den Kinderschuhen und es wird wohl noch viele Änderungen der Bearbeitungsspezifikationen geben. Doch während die Änderung von Spezifikationen bei der Drei-Achsen-Bearbeitung eine komplette Neuprogrammierung der Einheit erforderlich macht, ermöglicht die Fünf-Achsen-Bearbeitung ein hohes Maß an Flexibilität.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der erhöhten Anzahl von Werkzeugen, die für die Bearbeitung dieser komplexen Geometrien benötigt werden, was eine Erhöhung des Werkzeugmagazins für die U500Xd1 von 14 und 21 auf 28 Plätze bedeutete. Hirose Kitamura von der Tooling Management Section erzählte uns, dass sie nicht genügend Werkzeuge für Vorführungen hatten, die sie zusammen mit Brother Industries durchführten. „Für die Bearbeitung war das kein Problem, aber es bestand die Gefahr der Überlastung der Werkzeuge, wenn jedem Werkzeug mehrere Prozesse zugewiesen wurden. Mit einer Kapazität von 28 Werkzeugen ist es möglich, Ersatzwerkzeuge im Magazin bereitzuhalten, was Probleme verhindern kann. Andererseits“, so fuhr er fort, „wird das Gesamtgewicht umso größer, je mehr Werkzeuge im Magazin untergebracht sind. Wir haben daran gearbeitet, das Gewicht der einzelnen Werkzeuge zu reduzieren.“ Er sagte uns, dass dies etwas ist, das sie in die Entwicklung zusammen mit den Fortschritten bei kleinen Werkzeugmaschinen einbeziehen müssen.

SPEEDIO wurde durch die Reduzierung des Stromverbrauchs, des Luftstroms und des Kühlmittels verbessert. Im Vergleich zu großen Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren mit BT30-Spindeln anderer Hersteller ist die Energieeinsparung bei SPEEDIO branchenweit führend. Die Umstellung auf Elektrofahrzeuge begann mit Initiativen zur Klimaneutralität mit dem Ziel, die Umweltbelastung zu reduzieren. In der Übergangsphase wird sich die Marktpräsenz von SPEEDIO weiter erhöhen.

SPEEDIO U-SERIE
U500Xd1

Dieses universelle Modell ermöglicht die Fünf-Achsen-Bearbeitung bei geringem Platzbedarf und hoher Produktivität und verfügt über weitere Merkmale, die bei herkömmlichen Modellen Standard sind. Die U-Serie verfügt serienmäßig über einen Schwenkrundtisch mit maximaler Aufspannfläche.

Gemeinsam entwickeln wir uns weiter

Im Jahr 2023 brachte Brother Industries die SPEEDIO H-Serie auf den Markt, das erste horizontale Bearbeitungszentrum mit einer BT30-Spindel. Dieses einzigartige BT30-Modell behält die gleiche Maschinenbreite wie herkömmliche Modelle bei und erreicht gleichzeitig eine maximale Aufspannfläche von 800 mm Durchmesser, indem Interferenzen verringert werden. 

Yunosuke Hirose meint: „Dieses neue Bearbeitungszentrum ermöglicht die Bearbeitung von großen und langen Werkstücken, die mit konventionellen Einheiten nicht bearbeitet werden können. Der Einsatz von BT30-Spindeln wird in Zukunft weiter zunehmen, und um die gesamte Bandbreite an Möglichkeiten auszuschöpfen, möchten wir unsere Partnerschaft mit Mitsubishi Materials vertiefen. Da wir Erfahrungen in unerschlossenen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie sammeln wollen, zählen wir auf die Unterstützung von Mitsubishi Materials. Und wir sind zuversichtlich, dass die gute Partnerschaft, die wir gerade aufbauen, es beiden Unternehmen ermöglichen wird, sich weiterzuentwickeln.“  

Hiroto Murakami vom Anjo Sales Office ist der Meinung, dass Mitsubishi Materials Brother Industries noch viel mehr zu bieten hat. „Unser hocheffizienter Planfräser FMAX, der sich durch geringes Gewicht und hohe Steifigkeit auszeichnet, wird bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie bei der Bearbeitung von Komponenten für Elektrofahrzeuge eine große Hilfe sein. FMAX wurde mit dem Fokus auf hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten entwickelt, sodass Synergieeffekte mit SPEEDIO zu erwarten sind. Wir werden Brother Industries neue, auf FMAX basierende Werkzeuge anbieten, von denen ich überzeugt bin, dass sie einen sehr positiven Eindruck hinterlassen werden.“

Rückblickend auf die Zusammenarbeit kommentiert Masato Yukitoki zum Abschluss der Gesprächsrunde die umfassende Unterstützung durch Mitsubishi Materials wie folgt: „Als ich vor einigen Jahren in Thailand war, erhielten wir stets eine herausragende Unterstützung durch Mitarbeiter vor Ort und andere Personen per Webkonferenz. Wir bekamen auch eine hervorragende Unterstützung, die es uns ermöglichte, sehr effektiv auf Kunden in Indien und Vietnam zu reagieren, und sie lieferten umfassende Layout-Ideen bei Vorführungen in Japan. Dieses Maß an Unterstützung ist von unschätzbarem Wert und gibt uns ein enormes Gefühl der Sicherheit.“

SPEEDIO H-SERIE
H550Xd1

Dieses kompakte Bearbeitungszentrum bearbeitet große und lange Werkstücke mit einer horizontalen Hauptachse. Es sorgt für hohe Produktivität, die eine Mehrseiten- und Großteilebearbeitung mit einer BT30-Spindel ermöglicht.