Werkzeugschleifen und Erodieren in einer Maschine
Die Walter Maschinenbau setzt die FANUC CNC 31i -A5 unter anderem zur Steuerung ihrer Maschinen Helitronic Diamond und Helitronic Power Diamond ein.
Im Jahr 2006 entschied sich der Spezialist für Werkzeugschleifmaschinen Walter Maschinenbau, die Helitronic-Baureihe mit CNC-Steuerungen und Antrieben von FANUC auszustatten. Eines war für die Entscheidungsträger von vornherein klar: Es sollte dasselbe Steuerungsmodell für alle Maschinen sein. Die Wahl fiel auf die FANUC CNC Serie 31i -A5. Sie brachte die besten Voraussetzungen für die 5-Achs-Bearbeitung plus ein offenes Design für die Integration von rotationserodierender Bearbeitung auf Steuerungsseite mit.
Im letzten Jahr stellte die Walter Maschinenbau mit Sitz in Tübingen ihre Helitronic-Maschinen Zug um Zug auf die High-End-CNC-Steuerung 31i -A5 von FANUC um: von der Helitronic Basic, einer Maschine der Einstiegsklasse für das Nachschärfen von Werkzeugen, über die Standardmaschinen Helitronic Power und Mini-Power, bis hin zum Topmodell Helitronic Vision mit Direktantrieben in allen Achsen. Die neu entwickelte Helitronic Micro, die Mikrowerkzeuge im kleinen bis kleinsten Durchmesserbereich mit extremer Präzision bearbeitet, wurde von Anfang an mit der FANUC CNC 31i -A5 ausgestattet. Zudem verfügt sie über Linear- und Drehmomentmotoren. Zuletzt wurden beide Hybridmaschinen Helitronic Power Diamond und Helitronic Diamond ebenfalls mit der FANUC Steuerung versehen. Sie produzieren und schärfen nicht nur HSS-, HM- und CBN-Werkzeuge, sondern werden erfolgreich auch für das Dreherodieren von CBN und PKD eingesetzt.
Schnelle Kommunikation zwischen Steuerung und Generator
„Im Prinzip ist die Helitronic Diamond eine Helitronic Power- oder Helitronic Vision-Schleifmaschine mit einem zusätzlichen Generator für die Funkenerosion sowie Peripheriegeräten, wie etwa einer Anblasung“, erklärt Martin Hämmerle, Produktmanager für die Helitronic-Maschinen. Er weist darauf hin, dass für das Dreherodieren auf der Helitronic Diamond keine zusätzliche Walter-spezifische Erosionssteuerung verwendet wird. Diese ist in die FANUC CNC-Steuerung integriert. „Der Anwender profitiert beim Schleifen oder Erodieren davon, dass es nur eine Steuerung und damit auch nur einen Anbieter gibt.“
FANUC übernahm eine entsprechende Modifikation der Steuerung, damit die Kommunikation mit dem Generator erfolgt und vorhandene Algorithmen für die Funkenerosion genutzt werden konnten. Heinz Häckh, Leiter Steuerungstechnik: „Aufgrund unserer Erfahrung im Dreherodieren hatten wir konkrete Anforderungen und Wünsche, die von FANUC in der CNC 31i -A5 als Option umgesetzt wurden."
Der wichtigste Faktor für die Schweiß- und Erodierspezialisten ist die schnelle Kommunikation zwischen Benutzerschnittstelle, Steuerung und Generator. Die Technologiedaten müssen nämlich parallel zur Bearbeitung von der Benutzerschnittstelle zum Generator übertragen werden. Die Maschine kann daher nicht nur die richtige Geometrie über das CNC-Programm gewährleisten, sie muss auch kontinuierlich sämtliche notwendigen Korrekturen im Prozess vornehmen. Messungen und Parameter von der EDM-Bearbeitung können im Gegenzug auch auf dem Steuerungsfeld angezeigt werden.
Heinz Häckh attestiert den umfassenden Support von FANUC während des gesamten Konvertierungsprozesses: „Wir haben ein Anforderungsprofil für den Erodierprozess entwickelt, das in einem dreiseitigen Arbeitsablauf fertig gestellt wurde. Zunächst war die deutsche Niederlassung in Neuhausen involviert, wo wir einen kompetenten Ansprechpartner für alle technischen Fragen hatten. Anschließend stellte uns das Partnerunternehmen in Japan sein wertvolles Fachwissen zur Verfügung.
PKD-Werkzeuge werden immer wichtiger
Für den Produktmanager Martin Hämmerle sind die hybriden Helitronic Diamond-Maschinen eine Entwicklung mit großem Potenzial. Er stellte fest, dass der Markt für PKD-Werkzeuge um acht bis zehn Prozent pro Jahr wächst. Und er geht davon aus, dass dies so weiter geht. Laut Hämmerle ist der treibende Faktor der Trend in der Luftfahrt- und Automobilbranche sowie in anderen Branchen hin zu reduziertem Materialgewicht. Leichtmetalle, wie Aluminium und Titan, sowie Kunst- und Verbundstoffe werden heutzutage bevorzugt. Sie eignen sich ideal für die Bearbeitung mit PKD-Werkzeugen. Sie ermöglichen hohe Geschwindigkeiten und erreichen eine Oberflächengüte, die eine weitere Bearbeitung häufig überflüssig macht.
Aufgrund ihrer Härte und Geometrien, wie dem inneren Radius, lassen sich PKD-Werkzeuge jedoch nur sehr schwer schleifen. Sie müssen stattdessen erodiert werden. Für Martin Hämmerle bieten Hybridmaschinen Werkzeugschleifern daher die Chance, „ohne Risiko in den PKD-Werkzeugmarkt einzusteigen. Ein Dienstleister dieser Art kann die Helitronic Diamond flexibel einsetzen: Für das Umformen oder für die Produktion von Carbit- oder HSS-Werkzeugen. „Für PCD- oder CBN-Werkzeuge kann die Erodiereinheit verwendet werden.“
Eine erfolgreiche Partnerschaft
Für Walter Maschinenbau hat sich die Umrüstung auf Steuerungs- und Antriebstechnologie von FANUC bewährt. FANUC verkauft über zwei Millionen CNC-Steuerungen der Weltmarktführer im Bereich CNC-Technologie und ist der ideale Partner für das internationale Unternehmen – dank seiner globalen Präsenz mit einem weltweiten Service- und Ersatzteildienst.
FANUC ist zudem für seine herausragende Produktqualität bekannt, die sich in hoher Verfügbarkeit und geringen Instandhaltungskosten ausdrückt. „Wir können dies nur aus eigener Erfahrung bestätigen. Die Zuverlässigkeit der Steuerungs- und Antriebstechnologie von FANUC ist so hervorragend, dass wir praktisch keine steuerungsbedingten Ausfälle unserer Maschinen hatten“, so Martin Hämmerle. Aus diesem Grund sind unsere Kunden sehr zufrieden mit FANUC. Viele haben sich explizit für unsere Helitronic-Maschinen entschieden, da sie sehr zuverlässig sind und weltweiten Support bieten.“
Neben dem FANUC-Service sind auch die technischen Eigenschaften der FANUC CNC-Steuerung 31i -A5 beeindruckend. Das PC-basierte FANUC Panel i wird in allen Werkzeugschleifmaschinen von Walter als Steuerungsfeld verwendet. Die von Walter entwickelten Softwareanwendungen Window Mode und Helitronic Tool Studio laufen auch auf zusätzlich verfügbarer PC-Technologie. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um ein firmeneigenes CAD-System, das 3D-Darstellungen der Werkstücke ermöglicht und die Programmierung enorm vereinfacht. „Die schnelle Kommunikationsschnittstelle zwischen dem leistungsstarken Steuerungs-PC und der CNC-Steuerung ist sehr wichtig für uns“, erklärt der Steuerungsexperte Heinz Häckh. „Dadurch können wir alle unsere Programme im DNC-Modus ausführen, da die Konturen in der Walter-Software berechnet werden. „Und wir verwenden bei all unseren Maschinen die integrierte Zweikanal-Sicherheitsfunktion von FANUC, Dual Check Safety. Damit können wir mechanische Komponenten, Verkabelung und Schrankplatz einsparen und somit die Kosten senken. Dazu setzen wir noch die FANUC Servo Guide-Optimierungssoftware ein, insbesondere für Service- und Diagnosezwecke, aber auch für die Kommissionierung.“
Einfache Bedienung und Programmierung
Der Anwender der Helitronic-Maschinen kann ohne spezielles FANUC Wissen mit der Walter-Schnittstelle arbeiten. Der Maschinenhersteller nutzt hingegen sämtliche Möglichkeiten für die grundlegende Programmierung und Adaption. Walter verwendet neben dem C-Executer die traditionelle DIN-Programmierung und vorhandene Makros. Spezielle Funktionen ermöglichen beispielsweise während des Erodierens die Kommunikation zwischen Generator, Benutzerschnittstelle und CNC-Programm. Die Entwickler aus Tübingen adressieren zudem mit den Mehrkanal-PMCs (integrierten SPS) die Sensor-Aktor-Ebene, um zum Beispiel Be- und Entladegeräte zu steuern.
Helitronic-Maschinen bieten eine Vielzahl an Automationsoptionen. Die Maschinen Helitronic Mini Power, Helitronic Power und Helitronic Vision bieten also eine Vielzahl an Be- und Entladeoptionen für die automatische Zufuhr von Werkstücken – was beim Werkzeugschleifen die Werkzeuge sind. Das Angebot ist umfassend: Vom grundlegenden Eco-Lader über einen Scheibenlader bis zu einem Mehrfach-Palettenlader, der bis zu 500 Werkzeuge aufnehmen kann. Diese direkt in die Maschine integrierten Optionen können je nach Kundenanforderungen ausgewählt werden. Außerdem gibt es Maschinen mit Schmirgelscheibenwechsler, die Platz für bis zu zwölf Schleifenscheibensätze haben: Sehr hohe Flexibilität bei der Bearbeitung ist damit selbstverständlich. Ein FANUC LRMate200i B-Roboter ist für die Helitronic Micro in der Standardausführung und für die Helitronic Power und Helitronic Vision als optionale Zusatzfunktion verfügbar. Da Roboter und CNC aus demselben Hause stammen, wird die Kommunikation zwischen beiden über eine einfach zu installierende Standardverbindung hergestellt – den FANUC I/O Link-Bus.
Hohe Präzision durch Nano-Interpolation
Die schnellen Steuerungszyklen ermöglichen eine Servo- und Spindelsteuerung. Die hohe Auflösung des Impulszählers mit 1.000.000 Impulsen pro Umdrehung sowie die Nano-Interpolation sorgen für höchste Präzision und hervorragende Oberflächengüte. Letzteres wird beispielsweise durch die Nano Smoothing-Funktion erreicht, bei der lineare Bewegungen automatisch innerhalb der Steuerung in NURBS-Kurven umgewandelt werden. Beim Nano Smoothing wird das über CAD-Programme erstellte Konturenprofil in kleinen linearen Schritten überprüft und dann in Nanoschritten in Kurven übertragen. Bei diesem Prozess wird eine schnelle und glatte Bewegung erreicht und die Oberflächengüte des Werkstücks wird wesentlich verbessert.
Die FANUC Software stellt sicher, dass die Positionsbefehle für Verstärker und Motoren in Nanoschritten verarbeitet werden. Aus diesem Grund verwenden die Helitronic-Maschinen Verstärker und Motoren der Alpha i-Serie, gekoppelt mit der HRV Control-Servosoftware (High Response Vector Control). Sie bieten eine schnelle Steuerung und kurze Servicezykluszeiten. Für Walter spielt auch die Energieeffizienz eine große Rolle. Martin Hämmerle erklärt: „Die Motoren haben einen hohen Wirkungsgrad und bieten die Möglichkeit zur Energierückgewinnung. Außerdem schätzen wir das kompakte Design der Komponenten, das nur wenig Platz im Steuerschrank einnimmt.“
Erfolgreich mit Linearantrieben
Neben den Motoren der Serie Alpha i setzt Walter bei einigen Maschinen auch direkte Antriebe ein. Heinz Häckh erklärt die Vorteile: „Wir verfügen nun über mehr als 10 Jahre Erfahrung mit Linear- und Drehmomentmotoren. Aus diesem Grund können wir unseren Kunden mit dieser Art von Ausstattung eine langfristige Qualität der Maschinen gewährleisten. Der Verschleiß ist minimal und sie laufen runder als mit anderen Antriebsarten. Es gibt keine Kugelgewindetriebe mehr: Die höhere Auflösung wird mithilfe von Hochpräzisions-Glasmaßstäben erreicht. Zudem können Linearmotoren produktiv in einer Pendelbewegung bereitgestellt werden. Bei Kugelgewindetrieben würde dies zu extremem Verschleiß und anderen Problemen führen.“
Werkzeugschleiftechnologie aus einer Quelle
Die Walter Maschinenbau GmbH aus Tübingen stellt seit den 1950er-Jahren Werkzeugschleifmaschinen her. Mit der Einführung der Helitronic Power machte Walter 1994 einen Quantensprung. Seit September 2004 gehört der Weltmarktführer Walter Maschinenbau zur Werkzeugmaschinensparte „Körber-Schleifring“ der Körber AG. Walter/Ewag ist ein weltweit führendes, marktorientiertes Technologie- und Serviceunternehmen für die Werkzeugbearbeitung. Am Hauptsitz des Unternehmens in Tübingen arbeiten 150 Mitarbeiter in Organisations- und Verwaltungsabteilungen der Walter Group sowie in Entwicklung, Vertrieb, Prototyping und Anwendungstechnik. Die einzige Produktionsanlage befindet sich in Kurim, einer tschechischen Stadt in der Nähe von Brünn. Insgesamt beschäftigt das Unternehmen über 500 Mitarbeiter auf der ganzen Welt. Die Produktpalette umfasst hauptsächlich CNC-Maschinen für das Schleifen und Erodieren von Metall, Holz und PCD-Werkzeugen sowie rotationssymmetrischen Produktionsteilen. Walter Maschinenbau bietet zudem eine eigene Reihe an hochpräzisen optischen CNC-Messmaschinen, mit denen rotationssymmetrische Werkzeuge vermessen und erfasst werden können.
