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CNC

Schleifen anspruchsvoller Geometrien und Materialien mit Roboterunterstützung

| Autor/ Redakteur: Leopold Schenk /

Das Produzieren und Nachschleifen von schneidenden Werkzeugen ist ein komplexer Prozess. Die Geometrien werden immer anspruchsvoller, und auch die Materialien stellen hohe Anforderungen an die Schleifmaschine. Die J. Schneeberger Maschinen AG nutzt zur Automatisierung von fünfachsigen Werkzeugschleifmaschinen die Unterstützung von Robotern und Steuerungen mit integriertem PC.

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Der Fanuc-Roboter ist in der Lage, Aufgaben außerhalb des Schleifbereichs hauptzeitparallel zu übernehmen.
Der Fanuc-Roboter ist in der Lage, Aufgaben außerhalb des Schleifbereichs hauptzeitparallel zu übernehmen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Fünf-Achsen-Schleifen ist für viele Anwendungen zur Notwendigkeit geworden. Ganz besonders gilt das fürs Schleifen von Profil-Wendeschneidplatten, wie sie heute weltweit zur Präzisionsmetallbearbeitung eingesetzt werden. Für dieses Produktspektrum und andere kleine, hochpräzise Teile hat Schneeberger in den letzten Jahren Werkzeugschleifmaschinen, wie die Sirius HPM linear 10 nano, entwickelt.

Auflösung von 10 nm beim Schleifen

Bei dieser Maschine kommen in allen Achsen Direktantriebe zum Einsatz, wodurch die Schleifspezialisten eine Auflösung von 10 nm erreichen. Außer den Linearmotoren in den Achsen X, Y und Z sind die beiden Rotationsachsen mit Torquemotoren ausgerüstet, die eine Auflösung von 0,00005° bieten.

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In Verbindung mit einem stabilen Maschinenbett und einem ebensolchen Aufbau, mit Absolutwertmesssystemen und dem Verzicht auf mechanische Getriebe gewährleisten die Sirius-Maschinen eine sehr hohe Präzision und Qualität im Werkzeugschleifen.

CNC ermöglicht hohe Flexibilität

Auf der Steuerungs- und Antriebsseite setzt das Schweizer Unternehmen bereits seit 1990 auf die Partnerschaft mit GE Fanuc. Grund dafür sind die weltweite Organisation des Steuerungsherstellers sowie die Qualität der Produkte. Seit 1999 kommen in allen Maschinen des mittleren und oberen Segments die CNC der Serie 160i zum Einsatz.

Der integrierte PC dieses Steuerungstyps bietet dem Schleifspezialisten die Möglichkeit, sein Know-how in der eigenen Windows-Software Quinto mit selbstgestalteter Oberfläche einzubringen.Die Betriebssicherheit wird durch die physikalische Trennung des separaten CNC-Prozessors gewährleistet, an den die Daten über ein spezielles Interface übergeben werden.

Insbesondere die Aufwärtskompatibilität der Produkte macht es möglich, alle Verbesserungen in CNC- und Antriebstechnik mitzuvollziehen, ohne großen Aufwand treiben zu müssen.

Automatisierung auch beim Werkzeugschleifen

Zum wirtschaftlichen Werkzeugschleifen gehört heutzutage auch die Automatisierung des Produktionsprozesses. Schon seit einigen Jahren bietet Schneeberger eigene mechanische Ladelösungen an. Das sind Linearachsen-Roboter mit selbst entwickelten Greifern und anderen mechanischen Komponenten, die direkt ins Design der Maschine integriert sind.

GE Fanuc stellt zu deren Steuerung zwei Lösungen zur Verfügung, die nach Bedarf zum Einsatz kommen. Die einfachste Lösung ist die Steuerung über die Haupt-CNC, die außer den fünf Maschinenachsen weitere Handlingachsen steuern kann. Die Ladefunktionen werden so ausgeführt, als ob es sich um Bearbeitungsprogramme handeln würde. Für komplexere Aufgaben steht die so genannte „Loader Control“ zur Verfügung. Das ist eine separate Steuerung, die jedoch mit der CNC kommuniziert. Damit lassen sich zeitlich unabhängige Ladeoperationen ausführen. Selbst während der Produktion kann der Anwender Werkstücke vorbereiten, Paletten handhaben und mehr.

Hightech-Automatisierung mit Robotern

Seit zwei Jahren bietet Schneeberger außerdem die Hightech-Automatisierung mit einem integrierten Fanuc-Roboter an, die immer mehr Zuspruch erfährt. Dabei werden die Lösungen an die Anforderungen der Kunden hinsichtlich Handlingvorgaben, Taktzeiten und Flexibilität angepasst. Bei Bedarf ist das Unternehmen sogar in der Lage, weitere Zusatzachsen für Zuführsysteme an die Robotersteuerung anzubinden.

Der Fanuc-Roboter LR Mate 200i ist komplett in die Maschine integriert und lässt dabei Handlingoperationen zu, die vom Bearbeitungsprozess unabhängig stattfinden können – ein wichtiger Unterschied zur einfachen Automatisierungslösung, die ein hauptzeitparalleles Handling nicht zulässt. Der Roboter ist ein komplett eigenständiges System, das weitere Aufgaben außerhalb des Schleifraums ausführen kann, sobald der Roboter den Schleifraum verlassen hat. Im Vergleich mit der Lösung mit Loader Control bietet der Gelenkarmroboter deutlich höhere Beweglichkeit und Flexibilität.

Roboter kann mehr als Werkstückwechsel

Üblicherweise erledigt der Roboter den Werkstückwechsel. Durch seine flexible Kinematik ist er auch in der Lage, das Werkstück – meist ein Werkzeug oder eine Wendeplatte – für die zweiseitige Bearbeitung zu drehen. Optional übernimmt er Zusatzaufgaben wie das Laserbeschriften. Dazu legt er das Werkzeug in eine Zwischenstation und steuert einen Laser an, der dann das Logo des Kunden, die Chargen- und Werkstücknummer sowie den Werkzeugnamen einbringt.

Bei aller Flexibilität ist der Roboter nicht langsamer als eine konventionell konstruierte Ladevorrichtung, die allerdings auf ein bestimmtes Werkstück spezialisiert ist. Der Roboter wird beim Produktwechsel lediglich umprogrammiert und schon kann er ein neues Werkstück handhaben.

Die Einbindung des Roboters in die Maschine ist relativ einfach zu erledigen. Weil Fanuc-Roboter und GE-Fanuc-Steuerung über angepasste Schnittstellen verfügen, genügt es, die beiden mit einem Kabel zu verbinden. Damit können sie über Ethernet kommunizieren. Die gesamte Robotereinrichtung übernimmt in der Regel das Systemhaus Robotec Solutions aus Seon. Deren Automatisierungsspezialisten stehen dem Kunden auch beratend zur Seite, wenn maßgeschneiderte Lösungen gefragt sind, zum Beispiel Teileerkennung und automatisierte Mess- oder Reinigungsaufgaben.

Endbearbeitung von Stechplatten automatisiert

Auf eine Schneeberger/Robotec-Lösung setzt zum Beispiel die Ceratizit Austria GmbH mit Sitz in Reutte/Tirol, einer der weltweit größten Stechplattenproduzenten. Ihre Produkte sind durch unterschiedliche Schneiden- und Formenausführungen gekennzeichnet, weil meist nach dem Abstechen weitere Bearbeitungen wie Plandrehen, Profilieren oder Nutenstechen mit dem gleichen Werkzeug realisiert werden müssen.

Trotz wachsender Anforderungen an Präzision und Formgenauigkeit müssen die Stechplatten für den Endanwender erschwinglich und dementsprechend kostengünstig produzierbar sein. Die Ingenieure von Schneeberger hatten mit der roboterunterstützten Sirius HPM eine produktive Lösung parat.

Zur Zeit sind im Werk Reutte vier solcher Sirius HPM rund um die Uhr im Einsatz, die von nur einem Mitarbeiter bedient werden. Jede dieser Maschinen verfügt über fünf simultan interpolierende Achsen mit hochauflösenden Maßstäben, innovativen Spann- und Klemmsystemen und Prozesssoftware. Der Roboter sorgt für den autonomen Einsatz sowie schnellere Bearbeitungs- und Rüstzeiten. Die Hardware-Neuheiten werden durch Softwareentwicklungen unterstützt, die auf dem separaten PC der GE Fanuc CNC 160i laufen.

Die Profiliersoftware DXQ von Schneeberger ermöglicht modernste Schleifprozesse. Die parametrische und intuitive Programmierung wird durch Schleifbild- und dreidimensionale Werkstücksimulationen ergänzt, was die frühzeitige Programmkontrolle durch virtuellen Bewegungsablauf des Schleifprozesses ermöglicht.

Gesamter Ablauf des Werkzeugschleifens automatisiert

Der bei Ceratizit realisierte Prozess läuft folgendermaßen ab: Mit einem seiner Doppelgreifer holt der Roboter ein zu schleifendes Werkzeug aus der Palette. Das Werkzeug wird vorpositioniert, und der Roboter geht in Warteposition. Das Werkzeug wird in die Schleifvorrichtung eingesetzt. Dann findet der eigentliche Schleifvorgang durch die Maschine statt. Nach dem Beenden wendet der Roboter die Schneidplatte, um die zweite Seite schleifen zu lassen. Anschließend holt der Greifer die Platte aus der Vorrichtung. Während dieses gesamten Vorgangs ist auch der zweite Greifer tätig und holt das nächste Teil aus der Palette, positioniert es vor und fährt in Warteposition.

Auch die Vorbereitungszeit der Rohlinge kann durch den Einsatz neuer Techniken reduziert werden. Bei bestimmten Werkstücken kommt zum Beispiel anstatt einer Vorpositionierung das Vision-System zum Einsatz. Dazu werden die ungeordnet liegenden Teile auf einer Platte abgelegt, von der Kamera automatisch in ihrer Position erkannt, vom Roboter mit Doppelgreifer in die richtige Lage gedreht und eingespannt. Die Beladezeit pro Stechplatte liegt im Bereich von 6 s.

Leopold Schenk ist Geschäftsführer der GE Fanuc CNC Deutschland GmbH, 73765 Neuhausen a. d. F., und Vize-Präsident der europäischen Organisation.

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