CNC-Steuerung

Leichtigkeit in der Schwerbearbeitung

Die riesigen Bearbeitungszentren des österreichischen Herstellers Weingärtner ermöglichen es, zig Tonnen schwere Kurbelwellen, Turbinen oder Generatorwellen in einer Aufspannung zu fertigen. Damit die vielen Werkzeugwechsel schnell und zuverlässig funktionieren, kommt ergänzend ein moderner Knickarmroboter zum Einsatz. Trotz hoher Komplexität ist die Gesamtanlage übersichtlich zu bedienen, denn es gibt nur eine zentrale Steuerung – die Highend-CNC Sinumerik 840D sl von Siemens.

Das automatische Werkzeugwechselsystem samt Kuka-Knickarmroboter KR60 hat Weingärtner platzsparend an der Maschinenrückseite positioniert. Der Roboter bestückt ein Zwischenmagazin, von wo aus der Werkzeugwechsel von Span zu Span immer in weniger als 10 Sekunden erfolgen kann.

Insbesondere in der Schwerzerspanung wissen es Fertigungsbetriebe und -abteilungen zu schätzen, wenn das eingesetzte Bearbeitungszentrum ein Alleskönner ist. Denn speziell in dieser Branche ist das Umspannen der riesigen Werkstücke mit viel Aufwand verbunden.

Genau diese Nische bedient Weingärtner Maschinenbau, ein österreichischer Hersteller von multifunktionalen Bearbeitungszentren der XXL-Klasse. Gründe für diese Ausrichtung gibt es viele, wie Klaus Geissler, Vertriebsleiter des Unternehmens, bekräftigt: „Für mittelständische Betriebe, wie wir es sind, ist es immer besser, sich zu spezialisieren. Da wir uns schon seit der Firmengründung mit der Fertigung von Großteilen befassen, liegt es nahe, dieses umfangreiche Know-how für den Maschinenbau zu nutzen.“
90 Prozent des Umsatzes werden mit der Entwicklung und Herstellung von großen, geschlossenen Bearbeitungszentren verdient, zu denen die mpmc-Baureihe gehört. Diese Maschinen eignen sich für jegliche Art der Metallbearbeitung – vom Drehen und Fräsen über das Wirbeln, Bohren, Gewindebearbeiten und Tieflochbohren bis hin zum Polieren der Werkstücke.
Der technische Aufbau ist bei allen Maschinen dieser Baureihe ähnlich: Eine hochsteife Grundkonstruktion sorgt für die nötige Stabilität und Master/Slaveantriebe mit elektrischer Vorspannung für spielfreie Bewegung. Darüber hinaus ist die Zuführung der Werkstücke mit einem Kran stets vertikal zur Maschine möglich und das automatische Werkzeugwechselsystem samt Kuka-Knickarmroboter KR60 hat der Maschinenbauer platzsparend an der Maschinenrückseite positioniert.

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Als Steuerung der gesamten Einheit kommt mit der Sinumerik 840D sl standardmäßig die Highend-CNC von Siemens zum Einsatz. Vertriebsleiter Geissler lobt hierbei insbesondere das Technologiepaket Sinumerik MDynamics: „Obwohl unsere Maschinen extrem groß sind, brauchen unsere Kunden oft hohe Oberflächenwerte im Bereich von Ra = 0,8 µm und Bearbeitungsgenauigkeiten von 10 µm. An einzelnen Stellen der Megawerkstücke sind häufig sogar 5 µm gefordert. All das können wir gewährleisten, und dazu trägt unter anderem die CNC von Siemens bei.“
Einzelne Funktionen von Sinumerik MDynamics hat das österreichische Unternehmen schon seit einigen Jahren im Einsatz. Dass die Software jetzt im Paket angeboten wird, macht deren Anwendung nicht zuletzt für Endkunden einfacher und übersichtlicher. So sei dem Maschinenbauer zufolge beispielsweise die integrierte Bewegungsführung Advanced Surface hilfreich, um stets das perfekte Verhältnis von Zerspanungsleis-tung zu Oberflächenqualität und Präzision zu erlangen. Siemens-Vertriebsberater Michael Strahlberger ergänzt dazu: „Unsere Entwickler haben beim letzten Softwarestand nochmal die Look-ahead-Funktion optimiert und einen leistungsstarken Datenkompressor integriert. Damit kann die Maschine beste Ergebnisse erzielen.“

Einfache Inbetriebnahme

Damit die Steuerungsbefehle stets reibungslos und exakt umgesetzt werden, verlässt sich Weingärtner auch in punkto Antriebstechnik durchgängig auf Produkte des Automatisierungsausrüsters, wie die digitalen Sinamics-Antriebe. Von großem Vorteil für Endanwender sind ferner diverse neue Messzyklen, die der Ausrüster ständig weiterentwickelt und der Maschinenbauer stets schnellstmöglich integriert. Als Beispiel nennt Johannes Cecon, Leiter Elektrotechnik des Maschinenbauers, den Cycle 996, ein Zyklus zum Vermessen der Rundachskinematiken: „Temperaturschwankungen oder mechanische Schädigungen könnten im praktischen Betrieb die Prozessgüte unserer hochpräzisen Maschinen negativ beeinträchtigen. Dies lässt sich verhindern, indem die Kinematik der Rundachsvektoren automatisiert überprüft wird. Genau dafür nutzen wir den Cycle 996.“

Der Cycle 996 steht, wie viele weitere praktische Zyklen und Funktionen, unter der modernen, PC-orientierten Sinumerik-Operate-Benutzeroberfläche zur Verfügung. Die Programme der hochkomplexen Maschinen werden zwar in der Regel an externen CAD/CAM-Systemen geschrieben. Zum Einrichten ist der übersichtliche Aufbau jedoch äußerst hilfreich und ermöglicht ein intuitives Arbeiten. Das ist für die Endanwender nicht zuletzt deshalb wertvoll, weil auch die Steuerung des automatischen Werkzeugwechselsystems samt Knickarmroboter mit der Sinumerik 840D sl funktioniert und keine separate Bedieneinheit notwendig ist.

Zentrale CNC-Bedieneinheit für Maschine und Roboter

Hinter dieser seit 2011 angebotenen Lösung steht die von Siemens und Kuka gemeinsam entwickelte Softwareschnittstelle Run My Robot, kurz RMR. Klaus Geissler freut sich darüber und erklärt: „Damit verlieren die Zerspanungsspezialisten ihre Scheu im Umgang mit dem für sie ungewohnten Roboter. Denn jetzt ist er sozusagen nur noch eine Komponente des Bearbeitungszentrums, das genauso gesteuert wird wie die vielen anderen Achsen.“ Das gilt für die Bedienung mit dem Terminal ebenso wie mit dem standardmäßig zur Verfügung stehenden Handbedienmodul HT8.

Die von Siemens und KUKA gemeinsam entwickelte Schnittstelle Run-my-Robot ermöglicht es Facharbeitern, am Bedienerterminal der Sinumerik 840D sl sowohl die komplexe mpmc-Maschine als auch den Knickarmroboter KR60 zu steuern.

Es ermöglicht seinem Benutzer, ganz nah am Geschehen zu sein, wenn beispielsweise der Roboterarm oder etwaige Maschinenachsen einzulernen (teachen) oder gegebenenfalls freizufahren sind. Damit ihm hierbei nichts passieren kann, ist der Roboter ebenso wie alle anderen Maschinenachsen in das Softwaremodul Safety Integrated als „Safe Robot“ eingebunden. Um den betreffenden Bereich zu betreten, müssen befugte Mitarbeiter auf einen Sicherheitsbetrieb umschalten, der maximale Geschwindigkeiten bis zu 2 m/min erlaubt. Treten in dieser Einstellung Unregelmäßigkeiten auf, weil der Mitarbeiter zum Beispiel eine Achse blockiert, so sorgt das Sicherheitssystem dafür, dass alle Antriebe spätestens nach 2 mm stehen.

Alternativ zum Werkzeugwechsel via Knickarmroboter können sich Weingärtner-Kunden auch für die früher üblichen Kettenmagazine entscheiden. Doch Kettenmagazine sind beispielsweise nur sehr aufwändig und teuer erweiterbar, während das Werkzeughauptmagazin des Roboters sich vollkommen unproblematisch vergrößern lässt. Außerdem sind die Werkzeugwechselzeiten mit Kettenmagazinen nicht klar kalkulierbar. Anders bei der Roboterlösung: Hier bestückt der KR60 ein Zwischenmagazin mit sechs Plätzen, von wo aus der Werkzeugwechsel von Span zu Span immer in weniger als zehn Sekunden erfolgen kann. ee

HMI, Halle 9, Stand D36 (Hauptstand)

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