U-Achssystem

Ganz automatisch

Eingebunden in den Regelkreis der CNC-Steuerung von Bearbeitungsmaschinen sind die Kom-Tronic U-Achssysteme von Komet wesentliche Systemkomponenten, die Zerspanungsprozesse durch Bestimmung der Schneidenposition innerhalb vorgegebener Cpk-Grenzen halten. Sie sichern präventiv die Qualität und sorgen für stabile Prozesse. Außerdem sparen sie manuelle Werkzeugeinstellungen und Programmierungen.

Die Entwicklung des Kom-Tronic Feinbohrsystems M042 begann schon in den Achtzigerjahren. Bereits damals war es das Ziel, die Schneideneinstellung in Feinverstellköpfen zum Zweck der Verschleißkompensation zu optimieren. Man wollte dabei genauer und komfortabler, also schneller werden. Mit der Entwicklung geeigneter Elektronikbausteine erhielten die ursprünglich manuell einstellbaren Feinverstellköpfe ein elektronisches Messsystem, um den Verstellweg direkt am Schieber exakter zu erfassen. Ein Mikroprozessor brachte die Messwerte auf einem LC-Display zur Anzeige – was den Einstellvorgang wesentlich beschleunigte. Mit der späteren Integration eines Elektromotors in den Werkzeugkopf wurden ergänzend erste Möglichkeiten zur Daten- und Energieübertragung geschaffen. In ähnlicher Form stattete die Komet Group dann Plandrehköpfe mit Flachbahnschieber, wie sie hauptsächlich in Sondermaschinen oder Transferstraßen zum Einsatz kamen, aus. Sie waren die eigentlichen Vorläufer der Kom-Tronic U-Achssysteme, die heute dank ihrer induktiven, berührungslosen Energie- und Datenübertragung auch in Bearbeitungszentren automatisch einwechselbar sind. Dazu ist spindelseitig ein segmentförmig ausgeführter Stator angebaut. Auf der U-Achsseite gewährleistet die ringförmige induktive Übertragungseinheit (Rotor) den sicheren Daten- und Energieaustausch in jeder Winkellage, selbst unter dem Einfluss von Kühlschmiermitteln.

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Eingebunden in die Maschinensteuerung wird die U-Achse mit der Z-Achse interpolierend verfahren. Die Programmierung erfolgt in der üblichen NC-Programmiersprache, wobei alle Funktionalitäten einer normalen ISO-Programmierung zur Verfügung stehen. Als frei programmierbare Achse reichen die Möglichkeiten der U-Achssysteme über die ursprüngliche Intention der Verschleißkompensation hinaus. Sie erlauben im Rahmen ihres Achshubes flexible Konturbearbeitungen und Stechoperationen. Somit sind Drehbearbeitungen im Bearbeitungszentrum in einem Konturzug machbar. Die universelle Verwendbarkeit der Werkzeugsysteme macht sie vor allem für die Fertigung kleiner und mittlerer Serien interessant. Mit ihrer Performance stellen die U-Achssysteme auch die Basiskomponente für eine automatisierte Verschleißkompensation in geregelten Prozessen dar. Auch deshalb werden die U-Achsen immer häufiger in kleineren und mittleren Losgrößen eingesetzt, wo hohe Qualitätsansprüche für entsprechende Cpk-Toleranzeinengungen sorgen.

Die Regelkreise schließen

Um solche Regelkreise zu schließen, werden ergänzend zu den U-Achssystemen Messmethoden eingesetzt, die Korrekturwerte generieren. Neben der Werkzeugvermessung bieten Messungen am Werkstück praktikable Möglichkeiten. Diese erfolgen meist im Rahmen von Post-Prozess-Einrichtungen, bei denen die Werkstücke nach der Bearbeitung vermessen werden. Soll-/Ist-Abweichungen stellen dann für folgende Werkstücke neue Eingangsparameter dar. In Transferlinien sind solche Messeinrichtungen den Bearbeitungsstationen nachgeschaltet. Sie sind auf die Werkstücke bzw. die Messaufgabe ausgelegt und steuerungstechnisch über den Hostrechner im System integriert. Die Messungen laufen Hauptzeitparallel, also ohne Produktionsverzögerung und im automatisierten Materialfluss.

In Bearbeitungszentren werden auch einwechselbare Werkstück-Messsysteme eingesetzt. Sie haben den Vorteil, dass verschiedene Maschinenkomponenten wie Achsen oder Spann- einrichtungen genutzt werden und der Invest für externe Messsyteme überflüssig ist. Allerdings verursachen solche Messungen Nebenzeiten. Ein Vorteil im Sinne höherer Genauigkeit ist aber, dass hier die Spannsituation aus dem Prozess unverändert bleibt. Zudem wird die Zeitdifferenz zwischen Bearbeiten und Messen auf ein Minimum reduziert, d. h. Messungen erfolgen auch thermisch annähernd im Zustand der Bearbeitung.

Die Bandbreite der hierfür genutzten Messfühler reicht vom konventionellen Messtaster bis zum Bohrungsmesskopf mit mehreren Sensoren. Es gibt spezielle pneumatische und elektronische Messdorne, die je nach Materialbeschaffenheit des Werkstücks, seinen Abmessungen, Toleranzen, bzw. der Rauheit der Oberfläche ausgewählt werden können, und sogar Multifunktionsmessköpfe in Sonderausführungen, zugeschnitten auf bestimmte Werkstücke. Die Messfühler werden in der Regel über Schnittstelleneinheiten bzw. Messrechner angeschlossen. Darin lassen sich Messwerte erfassen, verarbeiten und auswerten. Sie können Messabläufe steuern, analysieren und Daten speichern. Für die automatisierte Verschleißkompensation versorgen sie die jeweilige Prozesssteuerung mit Kompensationswerten. Hilfreich in Bearbeitungszentren, in denen die Kom-Tronic U-Achssysteme aus dem Werkzeugmagazin automatisch eingewechselt werden, ist die in der Maschinensteuerung integrierte ‚Drehoperation‘, die von einigen Steuerungsherstellern als Option angeboten wird. ee

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