Rettifica ed elettroerosione di utensili in una sola macchina
Come proprio controllo, Walter Maschinenbau distribuisce anche il controllo CNC FANUC 31i -A5 per le macchine Helitronic Diamond e Helitronic Power Diamond.
Quando Walter Maschinenbau, specialista di macchine per la rettifica utensili, ha deciso nel 2006 di dotare la propria serie Helitronic di controlli e azionamenti CNC FANUC, per i decision maker era chiaro che il modello doveva essere unico per tutte le macchine. La scelta è caduta sul controllo CNC FANUC serie 31i -A5, che offre le migliori condizioni per la lavorazione meccanica a 5 assi, con una progettazione aperta per integrare anche l'elettroerosione con utensile rotante sul lato controllo.
L'anno scorso, Walter Maschinenbau, azienda con sede a Tubinga, ha iniziato a utilizzare gradualmente il controllo di fascia alta CNC FANUC serie 31i -A5 sulle proprie macchine Helitronic: da Helitronic Basic, una macchina di base per riaffilare gli utensili, alle macchine standard Helitronic Power e Mini-Power, fino al modello di punta Helitronic Vision, dotato di trasmissioni dirette in tutti gli assi. L'ultima macchina sviluppata, Helitronic Micro, adatta alla lavorazione meccanica di microutensili con diametro di piccole dimensioni e con requisiti di estrema precisione, è stata progettata fin dall'inizio con il controllo CNC FANUC 31i -A5. La macchina è inoltre dotata di motori lineari e di coppia. Infine, anche per le macchine ibride Helitronic Power Diamond e Helitronic Diamond, utilizzate non solo per la produzione e la riaffilatura di utensili in acciaio super rapido, in carburo e CBN, ma anche per l'elettroerosione con utensile rotante di utensili CBN e PCD, si è optato per il controllo FANUC.
Comunicazione rapida tra controllo e generatore
"In linea generale, la macchina Helitronic Diamond è una macchina per la rettifica Helitronic Power o Helitronic Vision con un generatore aggiuntivo per l'elettroerosione e con macchine complementari, ad esempio macchine per la tempra", spiega Martin Hämmerle, responsabile della produzione per le macchine Helitronic. Hämmerle fa notare inoltre che per l'elettroerosione con utensile rotante sulla macchina Helitronic Diamond non viene utilizzato alcun controllo aggiuntivo specifico di Walter, ma il controllo viene integrato in un controllo CNC FANUC. "In questo modo, durante le operazioni di rettifica o di elettroerosione, l'utente può sfruttare il vantaggio di utilizzare un unico controllo e, di conseguenza, un unico fornitore."
Per abilitare la comunicazione con il generatore e l'utilizzo di algoritmi esistenti per l'elettroerosione, FANUC ha acconsentito a modificare conformemente il controllo. Heinz Häckh, responsabile della progettazione dei controlli, afferma: "In base alla nostra esperienza nell'elettroerosione con utensile rotante, abbiamo indicato specifiche concrete ed espresso diversi desideri, che FANUC ha implementato come un'opzione nel controllo CNC 31i -A5."
Il fattore più importante per gli specialisti della rettifica e dell'elettroerosione è la comunicazione veloce tra l'interfaccia utente, il controllo e il generatore perché, contemporaneamente alla lavorazione meccanica, è necessario trasmettere i dati di tecnologia dall'interfaccia utente al generatore. La macchina pertanto può non solo riprodurre la geometria tramite il programma CNC, ma anche effettuare continuamente tutte le correzioni necessarie nel processo. Viceversa, misure e parametri derivanti dalla lavorazione EDM possono essere visualizzati sul pannello di controllo.
Heinz Häckh può testimoniare il supporto di eccellente qualità offerto da FANUC durante l'intero processo di conversione: "La specifica dei requisiti che abbiamo sviluppato per il processo di elettroerosione è stata completata in un flusso di lavoro triangolare. È stata innanzitutto coinvolta la filiale tedesca con sede a Neuhausen, dove è disponibile un importante punto di contatto per tutte le questioni tecniche, e naturalmente la sede principale in Giappone ci ha supportato con la sua inestimabile esperienza.
Aumento dell'importanza degli utensili PCD
Per il responsabile della produzione Martin Hämmerle, le macchine ibride Helitronic Diamond rappresentano uno sviluppo di prodotto con potenziale notevole perché, come ha osservato, il mercato per gli utensili PCD cresce di un valore compreso tra l'otto e il dieci percento annualmente e si prevede che questa crescita continui. Secondo Hämmerle, il fattore chiave determinante è la tendenza, nei settori aeronautico, automobilistico e altri, a ridurre il peso dei materiali. Di conseguenza, vengono preferiti materiali leggeri come alluminio e titanio, nonché materie plastiche e materiali compositi, ideali per la lavorazione di utensili PCD. In questo modo è possibile ottenere alte velocità e finiture superficiali che spesso rendono superfluo un ulteriore trattamento.
A causa della loro durezza e delle geometrie specifiche, ad esempio raggi interni, gli utensili PCD sono comunque estremamente difficili da rettificare e devono essere ottenuti per elettroerosione. Per questo motivo, Martin Hämmerle vede nelle macchine ibride un'opportunità per le rettificatrici di utensili per "entrare nel settore degli utensili PCD senza alcun rischio. Un fornitore di servizi di tale tipo può utilizzare la flessibilità delle macchine Helitronic per una riaffilatura o per la produzione di utensili in carburo o in acciaio super rapido. Per utensili PCD o CBN, l'elettroerosione è disponibile per l'uso".
Una collaborazione riuscita.
Per Walter Maschinenbau, la conversione alla tecnologia di controllo e azionamento di FANUC ha dimostrato di essere la soluzione giusta. FANUC, leader sul mercato mondiale per la tecnologia CNC con oltre due milioni di controlli CNC venduti, è il partner ideale per l'azienda internazionale grazie alla presenza globale con servizio di assistenza e fornitura di parti di ricambio a livello mondiale.
FANUC è conosciuto anche per la straordinaria qualità dei prodotti, che si esprime in disponibilità elevata e costi di manutenzione ridotti. "Possiamo confermarlo in base alla nostra esperienza. L'affidabilità della tecnologia di controllo e di azionamento di FANUC è così alta", afferma Martin Hämmerle, "che in pratica non si è mai verificato alcun fermo produzione dovuto al controllo nelle nostre macchine. Per questo motivo i nostri clienti sono molto soddisfatti di FANUC. Molti di loro hanno scelto le nostre macchine Helitronic proprio per l'affidabilità e il supporto disponibile in tutto il mondo".
Oltre al servizio di assistenza FANUC, le caratteristiche tecniche del controllo CNC 31i -A5 sono notevoli. Su tutte le macchine per la rettifica utensili di Walter, come pannello di controllo viene utilizzato lo strumento FANUC Panel i. Le applicazioni software Window Mode e Helitronic Tool Studio sviluppate da Walter possono essere eseguite anche su altra tecnologia per PC ulteriormente disponibile. La seconda applicazione è essenzialmente un sistema CAD brevettato da Walter che consente di eseguire il rendering 3D dei pezzi e semplifica in modo significativo la programmazione. "La disponibilità di un'interfaccia di comunicazione veloce tra il potente PC di controllo e il controllo CNC è molto importante per noi", spiega l'esperto del controllo Heinz Häckh. "Questa possibilità ci consente di operare in modalità DNC con tutti i nostri programmi perché i contorni vengono calcolati nel software di Walter. E noi utilizziamo regolarmente Dual Check Safety, la funzione di sicurezza integrata a due canali di FANUC, in tutte le nostre macchine. In questo modo siamo in grado di ridurre i componenti meccanici, i costi di cablaggio e lo spazio e, di conseguenza, i costi complessivi. Utilizziamo inoltre il software di ottimizzazione FANUC Servo Guide, soprattutto a scopo di ispezione, diagnostica e collaudo."
Semplicità di funzionamento e programmazione
Mentre l'utente delle macchine Helitronic può utilizzare l'interfaccia di Walter senza alcuna conoscenza specifica della tecnologia FANUC, il produttore della macchina si impegnerà al massimo per la programmazione di base e l'adattamento relativi. Walter utilizza la programmazione DIN tradizionale e le macro esistenti con il programma di esecuzione C. È possibile eseguire funzioni speciali, ad esempio, che gestiscono la comunicazione tra il generatore, l'interfaccia utente e il programma CNC durante l'elettroerosione. Gli sviluppatori di Tubinga utilizzano inoltre PMC multicanale (PLC integrati) per accedere al livello di attuatore sensore e controllare ad esempio i dispositivi di carico.
Le macchine Helitronic offrono moltissime opzioni di automazione. Di conseguenza, sulle macchine Helitronic Mini Power, Helitronic Power e Helitronic Vision sono disponibili diverse opzioni di carico per garantire la fornitura automatica di pezzi, che nel caso di operazioni di rettifica utensili sono gli utensili stessi. Tali opzioni, che variano da un caricatore Eco di base e si estendono a un caricatore di dischi fino a un caricatore di più pallet in grado di contenere più di 500 utensili, sono direttamente integrate nella macchina e possono essere selezionate a seconda dei requisiti dei clienti. Oltre a questo, le macchine dispongono di un cambio disco per sabbiatura, in grado di alloggiare fino a 12 set di dischi e di conseguenza di garantire una lavorazione meccanica estremamente flessibile. Un robot FANUC LRMate200i B è disponibile per la macchina Helitronic Micro nella sua configurazione standard nonché per le macchine Helitronic Power e Helitronic Vision come funzionalità aggiuntiva opzionale. Poiché i robot e il controllo CNC provengono dalla stessa azienda, la comunicazione tra loro è implementata tramite la connessione standard, ovvero il bus FANUC I/O Link di semplice installazione.
Precisione elevata grazie alla funzionalità Nano-Interpolation
I cicli di controllo rapidi per azionamenti e mandrini, l'elevata risoluzione dell'encoder a 1.000.000 impulsi per giro e la funzionalità Nano-Interpolation consentono di raggiungere precisioni e finiture superficiali straordinarie del prodotto lavorato. L'ultima funzionalità, ad esempio, si basa sulla funzione Nano Smoothing che converte automaticamente i movimenti lineari presenti nel controllo in curve NURBS. Tale funzione consente di esaminare il profilo del contorno generato tramite programmi CAD in piccoli step lineari e di creare curve lisce in step con valori nanometrici. Nella lavorazione, viene eseguito un movimento rapido e uniforme e la finitura superficiale del pezzo migliora in modo significativo.
Il software FANUC garantisce che i comandi di posizionamento per amplificatori e motori vengano elaborati in step con valori nanometrici. Il motivo risiede nel fatto che le macchine Helitronic utilizzano amplificatori e motori della serie Alpha i, associati al software SERVO HRV control (High Response Vector Control), che offrono controllo rapido e tempi di ciclo brevi. Walter attribuisce anche grande importanza a un'alta efficienza energetica. Martin Hämmerle spiega: "I motori sono molto efficienti e caratterizzati dal recupero energetico. Apprezziamo anche il design compatto dei componenti che richiede poco spazio per l'armadio di controllo".
Azionamenti lineari di qualità
Oltre ai motori della serie Alpha i, in alcune macchine Walter implementa anche la trasmissione diretta. Heinz Häckh evidenzia i vantaggi: "Abbiamo maturato oltre dieci anni di esperienza nei motori lineari e di coppia. Possiamo pertanto garantire con fiducia ai nostri clienti la qualità elevata a lungo termine delle macchine con tale caratteristica. L'usura è minima e i funzionamento è più uniforme rispetto a quello di altri tipi di azionamenti. Con l'eliminazione delle viti a ricircolo di sfere, viene raggiunta una risoluzione più alta grazie a scale in vetro lineari di precisione elevata. I motori lineari possono inoltre essere facilmente utilizzati in un movimento oscillante che, nel caso delle viti a ricircolo di sfere, provocherebbe invece un'eccessiva usura e altri problemi".
Tecnologia di rettifica utensili da un unico partner.
Fin dagli anni '50, le macchine per la rettifica utensili sono state prodotte presso Walter Maschinenbau GmbH, Tubinga. Con l'introduzione della macchina Helitronic Power nel 1994, Walter riuscì anche a realizzare un salto di qualità. Da settembre 2004, il leader del mercato mondiale Walter Maschinenbau appartiene alla divisione di macchine utensili "Körber-Schleifring" di Körber AG. Walter/Ewag è un'azienda di servizi e tecnologia orientati al mercato leader a livello mondiale per la lavorazione meccanica di utensili. Nella sede dell'azienda di Tubinga, 150 dipendenti lavorano nei reparti dell'organizzazione e della gestione del Walter Group, nonché nei reparti sviluppo, vendite, prototipazione, progettazione di applicazioni e servizi. L'unica struttura di produzione si trova nella città ceca di Kurim, vicino a Brno. In totale, l'azienda impiega oltre 500 dipendenti in tutto il mondo. La gamma di prodotti include principalmente macchine CNC per la rettifica e l'elettroerosione di utensili in metallo, legno e PCD e parti di produzione assialsimmetriche. Walter Maschinenbau offre inoltre la propria linea di macchine di misura ottiche con controllo CNC e di precisione elevata con cui gli utensili assialsimmetrici possono essere misurati e registrati.
