Integration bei Werkzeugmaschinen Automatisierungslösung ermöglicht Integration von Fräsen und Erodieren

Die Automatisierung hat längst ihren Weg bis auf die Ebene der Werkzeugmaschine gefunden. Die Palette der Möglichkeiten reicht vom einfachen Werkzeugwechsler bis zur Verknüpfung von Werkzeugmaschinen zu komplexen Fertigungsstraßen. Dabei ist ein klarer Trend zur Integration verschiedener Fertigungsverfahren erkennbar.

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Die Palette der Automatisierung geht heutzutage über einzelne Fertigungsverfahren hinweg. Erst jüngst auf der EMO 2007 war zu sehen: Eine erfolgreiche Automatisierung ermöglicht die Zusammenfassung verschiedener Fertigungsverfahren. Erodieren, High Speed Machining (HSM) oder High Performance Machining (HPM) schließen sich nicht gegenseitig aus, sondern sie lassen sich sinnvoll ergänzen (Bild 1).

Warum eigentlich Automation? Betrachtet man die Märkte, zeigt sich, dass im Wesentlichen Europa, Nordamerika und Asien Schwerpunkte darstellen. Während in den europäischen Industriezentren die Reduktion der Maschinenstundensätze sowie der anteiligen Lohnkosten ein maßgeblicher Beweggrund ist, hofft man in den sich entwickelnden asiatischen Ländern (also ohne Japan, Hongkong, Singapur und Südkorea) hauptsächlich auf eine bessere, reproduzierbare Qualität und größere Stückzahlen. Nordamerika muss, was die Motivation angeht, ähnlich eingestuft werden wie Europa, wobei dort wie so oft die Hürde zu technischen Lösungen leichter genommen wird, sofern sie sich kommerziell plausibel darstellen lassen.

Reduktion der Durchlauf- und Lieferzeiten spielt auf allen Märkten große Rolle

Hinzu kommen in Europa und Nordamerika der Wunsch nach erhöhter Produktivität und reduzierten Stückkosten, die Elimination der aus kommerziellen und humanen Gründen ungeliebten Schicht- und Wochenendarbeit sowie eine unproblematischere Einstellung der Kapazität auf Schwankungen der Auftragslage. Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Aspekt kann sein, dass zumindest komplexere Systeme neben der eigentlichen Teilehandhabung zusätzlich einen informationstechnischen Rahmen bieten (Werkstattmanagementsysteme), der die Übernahme von Daten aus dem Fertigungsumfeld sowie die Erfassung und Bereitstellung von auftragsbezogenen Daten unterstützt. Allen Märkten gemeinsam ist die Forderung nach Reduktion der Durchlauf- und Lieferzeiten.

Was sind die Rahmenbedingungen für die Verknüpfung von mehreren Werkzeugmaschinen? Flexible Automatisierungslösungen integrieren die Schlüsseltechnologien für den Werkzeug- und Formenbau beziehungsweise für die Produktion hochwertiger Komponenten. Bei einer Automatisierung mit Verknüpfung einzelner Fertigungseinrichtungen ergeben sich besondere Aufgaben. Um solche Aufgaben zu lösen, müssen die einzelnen Fertigungsprozesse und deren Abfolge kompetent beherrscht werden. Für die Abläufe ist ein zuverlässig funktionierendes mechanisches System Bedingung. Als weitere Voraussetzung sollten klare Verantwortlichkeiten gelten.

Kundenspezifische Automatisierungslösungen bieten ein Maximum an Flexibilität

Welche Möglichkeiten haben moderne Automatisierungslösungen? Als einfachste Lösung bieten sich Automatisierungskonzepte an, die bereits im Rahmen der Maschinenentwicklung berücksichtigt wurden und sich nahtlos in die mechanische, elektrische und steuerungstechnische Konzeption der Werkzeugmaschine integrieren. Solche Geräte beinhalten ein sehr geringes Risiko, da sie bereits im Rahmen eines ersten Kontaktes zwischen potenziellen Kunden und Verkaufspersonal einschließlich der verschiedenen zur Verfügung stehenden Konfigurationsmöglichkeiten vollständig und eindeutig spezifiziert und dokumentiert sind. Die Komplexität der Realisierung, die Kosten und die Verantwortlichkeiten eines solchen Beschaffungsfalles sind bereits von Beginn an absolut transparent.

Als flexibelste Automatisierungslösung müssen kundenspezifische Automatisierungslösungen angesehen werden, die weitgehend erst im Rahmen einer Projektspezifikation zwischen Kunden und Anbieter sowie einem technischen Berater Gestalt annehmen. Typischerweise steht in solchen Fällen ein Fertigungsproblem im Vordergrund, für das eine geeignete Werkstückautomatisierung spezifiziert werden muss oder für das im Extremfall ein Fertigungsprozess zu definieren ist, welcher wiederum die Auswahl der Komponenten und die Konfiguration der Gesamtanlage beeinflusst.

Concept Cell verknüpft prozesssicher mehrere Bearbeitungsverfahren

Ein Beispiel ist das System „Concept Cell“ von Agie-Charmilles (Bild 2). Es bietet die prozesssichere Verknüpfung von Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung von Grafitelektroden auf einer Mikron HSM 300, das funkenerosive Senken von Formkavitäten auf einer FO 350S sowie die Herstellung von Produktionsteilen durch fünfachsige Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung auf einer Mikron HSM 400U und das funkenerosive Drahtschneiden auf einer AC Challenge V2.

Die Integration von verschiedenen Fertigungsverfahren setzt eine tiefe Kenntnis der Fertigungsvorgänge und der Abhängigkeiten zwischen den Bearbeitungsschritten voraus. Mehr noch als sonst sind für integrierte Prozesse, die das Senkerodieren einschließen, Grafitelektroden zu empfehlen. Weil bei der spanenden Bearbeitung von Grafit, also bei der Elektrodenherstellung durch das Hochgeschwindigkeitsfräsen, keine Grate entstehen, ist eine zentrale Bedingung für den unbeaufsichtigten Betrieb der Anlage erfüllt. Die automatische Reinigung (Clean & Dry) aller bearbeiteten Elemente gewährleistet eine prozesssichere Qualitätskontrolle und Voreinstellung (Zeiss Vista), wobei die Versatzdaten automatisch bestimmt, verwaltet und genutzt werden.

Teilehandling oft mit einfachen Lösungen automatisierbar

Unabhängig vom geographischen Markt und von der Branche müssen Automatisierungslösungen zur Teilehandhabung projektspezifisch betrachtet werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass ein wesentlicher Teil der Projekte durch relativ einfache und preiswerte Lösungen befriedigt werden kann, während andere aufwändige Spezifikationen und hohe Investitionen erfordern.

Die Verknüpfung der Werkzeugmaschinen geschieht bei Concept Cell durch ein siebenachsiges, linear verfahrendes Handhabungsgerät von Fanuc Robotics, das insgesamt neun Spannfutter (System 3R) aus 492 Magazinpositionen für Paletten bedient. Alle Vorgänge werden durch einen Leitrechner mit entsprechender Zellen-Steuerungssoftware automatisch verwaltet. Dabei kommt die Software Sigma von GF Agie-Charmilles zum Einsatz.

Ralf Loettgen ist Leiter New Applications, Systems & Automation bei GF Agie-Charmilles (Schweiz), Tel. (0041-32) 3661300, www.gfac.com

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