Fertigung revolutionieren: Präzisionszerspanungstechnologie treibt Werkstattproduktivität

Der Index MS32-6 Mehrspindler verfügt über die neue Werkzeugschlitten-Plattform des Unternehmens, die ein W-Verzahnungs-Interface und ein Schnellspannsystem für schnelle Rüstvorgänge nutzt.

Meine „Chasing Threads“ Kolumne hier legt die Begründung für diesen Artikel dar. Kurz gesagt: Während die physische International Manufacturing Technology Show (IMTS) diesen Monat nicht stattfindet, haben Software- und Ausrüstungslieferanten sich darauf vorbereitet, neue Angebote zu diesem Zeitpunkt zu enthüllen, die Betrieben wie Ihrem helfen können, effizientere und effektivere Operationen zu werden.

Deshalb habe ich mich an eine Reihe von Zulieferern unserer Präzisionszerspanungsindustrie gewandt, die die Messe unterstützen, um zu hören, welche Trends sie erkannt haben und wie ihre neue Technologie darauf ausgelegt ist, die Herausforderungen dieser Trends zu meistern. Die zwei Trends, die nach meinen Gesprächen mit vielen von ihnen am deutlichsten hervortraten, waren: Automation ist mehr als Robotik, und Hochleistungs-Produktionsmaschinen werden flexibler. Entlang dieser Linien folgen Ausschnitte, die Technologie vorstellen, die Betrieben helfen kann, zu glänzen, während sie ihre Geschäfte optimal auf Kundenbedürfnisse ausrichten.

Werkstatt-Automation kommt in verschiedenen Formen

Wenn manche das Wort „Automation“ im Kontext seiner Rolle in einer Werkstattumgebung hören, kommt sofort ein Roboter in den Sinn. Sicherlich werden Maschinenbeladeroboter in Betrieben immer häufiger. Und der Wert solcher automatisierter Produktion war besonders evident, als Betriebe durch COVID-19 mit Personalherausforderungen konfrontiert waren. Nicht überraschend werden Werkzeugmaschinenhersteller zunehmend nach Automation-Optionen gefragt, die mit ihren Geräten verfügbar sind.

Dazu gehört Marubeni Citizen-Cincom. Dessen Citizen Swiss-Typen können mit Vakuumauswurf, Drahtauswurf und Palettenbe-/entladeeinheiten für automatisierte Teilehandhabung ausgestattet werden. Vakuumsysteme werfen Teile aus der Gegenspindel in einen Vakuumextraktor, der in einem externen Tablett oder Karussell gesammelt wird. Für Medizinanwendungen gut geeignet, sind Drahtauswurfsysteme darauf ausgelegt, lange, empfindliche Teile auszuwerfen und beinhalten ein Teilesammeltablett oder -tisch. Palettiersysteme ermöglichen In-Prozess-Sammlung und Bauteilstichproben, während eine Shuttle-Lagertabletteinheit während des Bearbeitungsprozesses zugänglich ist, um fertige Komponenten zu entladen. Es ist auch möglich, Material automatisch in die Maschinenspindel zu laden.

Marubeni Citizen-Cincom bietet jetzt B-Achsen-automatisierten Werkzeugwechsel für seine L20XII ATC Swiss-Typen, die 13 Werkzeuge aufnehmen können.

Das Unternehmen bietet jetzt auch automatisierten Werkzeugwechsel für seine B-Achsen L20XII ATC Swiss-Typen (wie im Video unten gezeigt). Werkzeuge werden am Gang-Werkzeugträger montiert und können 13 Frontbearbeitungs-B-Achsen-Werkzeuge aufnehmen (12 davon werden im ATC gelagert). Die ATC-Werkzeuge können in Verbindung mit vorhandenen Drehwerkzeugen und Querbearbeitungs-Rotationswerkzeugen verwendet werden. Sie können offline voreingestellt werden für schnelle Rüstungen, während sie die Komplettbearbeitung komplexer Geometrien ermöglichen, wie sie bei Medizinimplantaten üblich sind.

Magazin-Stangenvorschübe sind einfach einzusetzende Automation-Werkzeuge. Beispielsweise bietet Edge Technologies' neuer Edge Patriot 880 (für Durchmesser von 8 bis 80 mm, erhältlich in 6- und 12-Fuß-Versionen) Schnellwechsel-Führungskanäle und ein verstellbares Rollen-Stetträger. Das Unternehmen sagt, es schließt eine Marktlücke für eine robuste, erschwingliche Lösung für große Stangendurchmesser. Die 6-Fuß-Version soll Nutzern zugutekommen, die mehr Funktionalität als ein konventioneller Kurzlader wünschen, da sie 6-Fuß-Stangen mit Reststückrückzug fördern kann.

CAM-Programmierung kann ebenfalls automatisiert werden, und DP Technology verfeinert seine künstliche Intelligenz (KI) Engine, um dies zu ermöglichen. Ziel ist es, „Intelligenz aufzubauen“ und bewährte Programmierpraktiken über eine Datenbank zu integrieren, die erfahrene Programmierer im Laufe der Zeit verfeinert haben.

DP's neueste Version der Esprit-Software umfasst Funktionen wie Machine Swap, die das Digital Twin-Konzept nutzt, bei dem ein digitales Abbild der Gesamtheit eines Bearbeitungsvorgangs in einer virtuellen Umgebung erstellt wird. Das Unternehmen sagt, diese Fähigkeit sei gut für Betriebe, die viele verschiedene Maschinentypen haben. Zum Beispiel wird gesagt, dass ein Teileprogramm, das für ein BAZ erstellt wurde, so erstellt werden könnte, dass es den Auftrag auf einem HBAZ ausführt, wobei die KI-Engine automatisch den neuen Code generiert, weil sie die Kinematik jenes HBAZ kennt. Ähnlich kann mit der Automatic Link Funktion die KI-Engine die optimale, sichere Verknüpfung von Schneidoperationen erstellen, Bewegungen anpassen, während Werkstückmaterial entfernt wird und Werkzeugfreiraumdistanzen sich ändern, um Zykluszeiten zu beschleunigen.

Esprit nutzt eine künstliche Intelligenz Engine als Mittel, um „Intelligenz“ in die CAM-Programmierung für eine Reihe von Werkzeugmaschinen einschließlich Swiss-Typen einzubauen. Das Erstellen präziser Digital Twins tatsächlicher Maschinen mit Daten der Maschinenkinematik ist ein wesentlicher Bestandteil davon.

Aber das Unternehmen arbeitet auch eng mit Werkzeugmaschinenherstellern und Händlern zusammen, damit Postprozessoren entwickelt werden können, die keine manuelle Code-Nachbearbeitung erfordern. Es sagt, dies könne für Programmierer ebenso zeitsparend sein.

Star CNC sagt, mit der Weiterentwicklung unbeaufsichtigter Bearbeitung komme ein erhöhter Bedarf an Prozessüberwachung und prädiktiver Analytik, um leicht oder vollständig unbeaufsichtigten Betrieb zu unterstützen. Die neue SMOOSS-i Software soll Fernüberwachung via Live-Datensammlung sowie aktuellen Status der Auftragsfertigstellung ermöglichen. Weitere Softwarefunktionen können helfen, erforderliche Bedieneraufmerksamkeit basierend auf Werkzeuglebensdauer und -zustand, verbleibendem Rohmaterial und aktuellem Maschinenstatus vorherzusehen. Dies hilft, besser zu bestimmen, wann ein Bediener an einer bestimmten Maschine erforderlich ist, um seine Zeit und Präsenz besser zu managen. Angesichts der aktuellen Social-Distancing-Empfehlungen wegen COVID-19 kann dies auch die Anzahl der Personen minimieren, die sich in einem Bereich versammeln.

Die Detector-Serie von SPC Innovations verfügt über ein modulares Design, das angeblich einfache Kalibrierung und Konfiguration verschiedener Sensoren basierend auf einem spezifischen Teil ermöglicht, während das System auf anderen Maschinen installiert werden kann.

Ähnlich, um Vertrauen in unbeaufsichtigte Bearbeitungsprozesse zu schaffen, müssen Teile regelmäßig auf Maßkontrolle und Werkzeuge zur Erkennung von Verschleiß und Bruch vermessen werden. SPC Innovations bietet jetzt sein Detector In-Maschine Werkzeugbruch- und Teilemesssystem an. Das System besteht aus einem universellen industriellen Touchscreen, der zur Programmierung und Überwachung von stabförmigen, elektronischen Kontaktsensoren mit Encodern verwendet werden kann, die entweder für Werkzeug/Teile-Präsenz oder Teilesmessung konfiguriert sind. In-Prozess-Teilesmessung kritischer Teilemerkmale ermöglicht automatische Korrekturen von Werkzeugversatz zur Kompensation von Werkzeugverschleiß. Es kann auch automatisch Teile ablehnen, die aufgrund einer Anomalie wie Fehlladung als schlecht erkannt werden.

Das neue System nimmt bis zu 16 Sensoren auf. Die eigene Materialhandhabung der Maschine kann genutzt werden, um ein Teil zu einem Sensor zu bewegen, oder ein Quer-Schlitten kann erstellt werden, um einen Sensor zu einem Teil zu bringen, um dessen Durchmesser, Länge und mehr zu messen. Das modulare Design soll einfache Kalibrierung und Konfiguration verschiedener Sensoren basierend auf einem spezifischen Teil ermöglichen und das System auf anderen Maschinen installierbar machen. Zudem kann eine solche automatische In-Maschine-Inspektion einen erheblichen Anteil manueller Teilesortierung und -messung sowie physischen Kontakt mit den Teilen eliminieren.

Produktionsausrüstung kann flexibel sein

Rundtaktmaschinen sind bekannte Optionen für Hochleistungs-Zerspanung. Hersteller wie Gnutti gestalten ihre Maschinen jedoch auch mit Flexibilität im Blick. Beispielsweise verarbeitet die Piccola-Maschine Bandmaterial in Durchmessern bis 13 mm. Bearbeitung vom Band eliminiert den Wechsel auf neue Stangendurchmesser und ermöglicht Betrieben hohe Materialausnutzung, da kein Stangenrest anfällt. Zusätzlich verfügt die Piccola-Maschine über ein neues Mehrstationen-Werkzeugwechselsystem, das bis zu sechs Werkzeuge aufnehmen kann. Dies bietet Vielseitigkeit, um verschiedene Aufträge zu fahren oder redundante Werkzeuge für langlaufende Aufträge zu haben.

Hwacheon berichtet wachsendes Interesse an automatisierten Lösungen für hochkomplexe Teile wie sie auf der D2-5AX Fünf-Achsen-Maschine gefertigt werden. Dieser automatische Werkstückwechsler, der an eine solche Maschine angepasst werden kann, ist in 8- oder 20-Stationen-Modellen erhältlich und kann Teile mit maximal 300 mm Durchmesser und 80 kg Gewicht aufnehmen.

Mit seiner MultiX-Rundtaktplattform sagt Mikron, der Schwerpunkt liege auf Konfigurierbarkeit, Skalierbarkeit und Flexibilität. Diese Maschinen bieten echte Drehfähigkeiten und die Möglichkeit, bis zu drei Werkzeuge gleichzeitig in einer Station im Schnitt zu haben (eine Maschine kann 4-24 Stationen haben). Alle Standard-Bearbeitungseinheiten sind austauschbar und sehr präzise repositionierbar. Daher kann eine für einen Auftrag konfigurierte Maschine für einen anderen Auftrag durch Austausch der Bearbeitungseinheiten umkonfiguriert werden. Zusätzlich sind verschiedene Werkzeughalter verfügbar und mehrere Werkzeuge können an jeder Einheit montiert werden.

Portas PortaCenter-Konzept wurde ebenfalls entwickelt, um den Bedürfnissen der High-Mix-Produktion gerecht zu werden, da das Unternehmen sagt, das Gesamtvolumen der benötigten Teile steige weiter, aber die Losgrößen schrumpften. Diese Standardmodell-Maschinen haben drei 4-Achsen-Bearbeitungsstationen und eine Be-/Entladestation und bieten – in einer einzigen Einheit – eine Alternative zu mehreren konventionellen 4-Achsen horizontalen Bearbeitungszentren (HBAZ). Dies soll Kosten im Zusammenhang mit Spannen, Werkzeugen, Personal, Fläche, Inspektion und Versorgung reduzieren, während schnelle Rüstvorgänge für neue Aufträge ermöglicht werden. Tatsächlich sagt das Unternehmen, die zusätzlichen A- und U-Achsen des PortaCenter ermöglichen die Bearbeitung von Teilen in einer Aufspannung, die ein konventionelles HBAZ nicht kann. Das Standard PortaCenter ISO40 Modell bietet einen 10-Zoll-Arbeitsraum, während das Unternehmen auch sein ISO50 Modell anbietet, das einen 20-Zoll-Arbeitsraum für größere Teile hat.

Eine Alternative, wenn Stangendurchmesser die Kapazität eines Swiss-Typs übersteigen: Dieser Doosan Puma TT-1300SYYB mit zwei Revolvern, jeweils mit Y-Achsen-Bewegung, kann Haupt- und Gegenspindel getrennt oder gleichzeitig anfahren.

Betriebe, die mit Swiss-Typen vertraut sind, haben auch Entscheidungen zu treffen, wenn Aufträge die Stangenkapazität dieser Maschinen erreichen oder überschreiten. Doosan sagt, sein neues Puma TT-1300SYYB Modell biete die Produktivität, Präzision und Flexibilität für Teile, die aus 2-Zoll-Stangenmaterial gefertigt werden können. Diese Maschine hat zwei Revolver, jeweils mit Y-Achsen-Bewegung, die Haupt- und Gegenspindel getrennt oder gleichzeitig anfahren können, letztere für Operationen wie Pinch-Drehen.

Für kleinere Teile bietet Index jetzt seinen neuen MS32-6 Mehrspindler an (oben auf dieser Seite gezeigt), der angeblich die Option der Mehrspindeltechnologie für eine breitere Palette von Betrieben eröffnet. Diese Maschine umfasst die neue Werkzeugschlitten-Plattform des Unternehmens, die ein W-Verzahnungs-Interface für schnelle Rüstvorgänge mit präziser Positionierung nutzt. Zusätzlich soll ein neues Schnellspannsystem es einfach machen, offline voreingestellte Werkzeuge einzubringen. Index sagt, die Kombination dieser Funktionen könne Rüstzeiten um mehr als 90 % reduzieren, sodass Betriebe die hohe Produktivität erreichen können, für die Mehrspindler bekannt sind, mit Vielseitigkeit für kleinere Losgrößen.

Tornos bietet jetzt seine kleinflächigen SwissNano Maschinen in einem größeren 7-mm-Durchmesser-Modell an.

Tornos hat die Flexibilität seiner kleinflächigen SwissNano Swiss-Typen ähnlich mit seinem größeren 7-mm-Durchmesser-Modell gesteigert. Dieses Modell verfügt über dieselbe thermische Stabilität und 6-Achsen-Kinematik mit auf drei linearen Achsen montierter Gegenspindel des ursprünglichen 4-mm-Modells, hat aber die doppelte Spindelleistung (2,5 kW), um exotischere Materialien zu bearbeiten. Zudem können zwei, drei oder vier Werkzeuge unter der Gegenspindel montiert werden, was der Maschine ermöglicht, Operationen parallel auszuführen.

Horn bietet die W&F Linear Einheit mit integriertem Kühlmittelmanagementsystem für Swiss-Typen. Diese Einheit hat speziell gestaltete Leitungen, die es dem Nutzer ermöglichen, Hochdruckkühlmittel zu den Werkzeughaltern zu führen, indem einfach zwei Leitungen an Einheitsanschlüsse angeschlossen werden.

Schnellwechselwerkzeuge sind ebenfalls verfügbar, um die Flexibilität von Produktionsmaschinen wie Swiss-Typen zu erhöhen, um kleinere Losgrößen leichter zu bewältigen. Beispielsweise sagt Tsugami, es biete sowohl angetriebene als auch statische Werkzeughalter an, die außerhalb der Maschine voreingestellt und in Sekunden gewechselt werden können, was die Gefahr von Bedienerfehlern beim Abrichten der Werkzeuge eliminiert. Dies kann auch die Notwendigkeit von Sekundäroperationen stark reduzieren sowie den Einsatz redundanter Werkzeuge und Lights-Out-Bearbeitung fördern.

Horn hat sich mit W&F Werkzeugtechnik zusammengetan, um die W&F Linear Einheit mit integriertem Kühlmittelmanagementsystem für Swiss-Typen für schnellere Rüstungen anzubieten. Horn sagt, dass dieses Schnellwechselangebot zwar nicht das erste am Markt war, es aber die Stabilitätsherausforderungen löst, die den strengen Anforderungen der Schweizer Zerspanung innewohnen, sowie den engen Arbeitsraum adressiert, der sonst zu zusätzlicher Zeit für Werkzeugwechsel führen könnte.

Laut Unternehmen bedeutet ein Werkzeugwechsel an einem Swiss-Typ oft, die Schneide auszurichten und den Werkzeughalter zu verbinden, wenn Innenkühlung vorhanden ist. Ausrichten kann zeitaufwendig sein und, da es das Positionieren des Werkzeugs am Außendurchmesser des Teils beinhaltet, kann übermäßiges Anziehen des Werkzeughalters auch die Schneide des Schneidwerkzeugs ausbrechen. Stattdessen ist das W&F Linear System ein direkter Anbau-Block, der individuell an den Werkzeugblock der spezifischen Maschine des Nutzers angepasst ist. Der Block hat speziell gestaltete Leitungen, die es dem Nutzer ermöglichen, Hochdruckkühlmittel durch einfaches Anschließen von zwei Leitungen an Anschlüsse am Block zu führen. Das Kühlmittel wird durch den Block und durch HSK-Kühlmittelleitungen in die Werkzeughalter geleitet, die in Verbindungsanschlüsse am Boden jeder Werkzeugstation einstecken.

Die Verbindungsanschlüsse bieten auch einen festen Abstand für die Positionierung des Schneidwerkzeugs. Die Anschlüsse dienen als Anschläge, da der Werkzeughalter an ihnen anliegt, auch wenn keine Innenkühlung vorhanden ist. Da die Länge des Werkzeughalters bekannt ist und der Anschlag eine exakte Position bietet, kann der Nutzer die Position einer Schneide festlegen, ohne sie ausrichten zu müssen. Werkzeugwechsel sind dann eine Frage des Herausziehens eines Werkzeughalters, Austauschs der Wendeschneidplatte und Wiedereinsetzens.

Werkzeugwechsel bei CNC-Fräsmaschinen sind nicht so problematisch, da sie automatische Werkzeugwechsler (ATC) haben. Aber für Betriebe, die Hochgeschwindigkeitsspindeln nutzen wollen, um die Drehzahlen zu liefern, die eine konventionelle Maschine befähigen, Mikroarbeiten auszuführen – ein Markt, den NSK als wachsend bezeichnet – kann etwas Bedienerintervention erforderlich sein.

Schnellwechsel-Spanntechnik wird zunehmend üblich, um Rüstungen in High-Mix-Produktionsumgebungen zu beschleunigen. Hainbuch hat kürzlich ein Zweibacken-Modul für seine Systeme hinzugefügt, um das Spannen von kubischen Teilen zu ermöglichen.

Laut Unternehmen erfordern kleine Werkzeuge typischerweise Spindeldrehzahlen von 15.000 U/min oder höher, Drehzahlen, die konventionelle Maschinen oft nicht erreichen können. Eine Art Hochgeschwindigkeitsspindel, die in die eigene Spindel einer Maschine eingebaut wird, ist ein elektrisches Modell. NSK sagt, elektrische Spindeln seien vorteilhaft, da sie sich einfach mit der Maschinen-CNC verbinden und lange Lebensdauer, konstante Drehzahl, hohe Genauigkeit und gute Wiederholbarkeit bieten. Der Nachteil traditioneller elektrischer Spindeln ist, dass sie zwar in einem ATC-Fach gelagert werden können, ein Bediener jedoch die Maschine anhalten muss, um das elektrische Signal und die pneumatische Luftleitung für Kühlung und Spülung zu trennen, bevor die Spindel in den ATC geladen werden kann. Die neuesten Modelle des Unternehmens sind vollständig wechselbar, ohne dass diese Elemente manuell verbunden oder getrennt werden müssen. Dies bietet die Flexibilität für eine Niedrigdrehzahl-Maschine, die hohen Drehzahlen für Mikrozerspanung bei Bedarf zu erreichen. NSKs elektrische Spindeln können 80.000 U/min erreichen.

Mehr am Horizont (wie immer)

Diese Technologie-Auswahl ist genau das – eine Auswahl. Kein einzelner Artikel kann so umfassend sein, um alles zu berühren, was der Präzisionszerspanungsindustrie neu zur Verfügung steht. Wie immer wird Production Machining weiterhin hilfreiche neue Ausrüstung, Software und Konzepte vorstellen, sobald sie entwickelt werden. Wir freuen uns auch darauf, weiterhin tiefer in Themen einzutauchen, wie sie in diesem Artikel erwähnt werden, sowie Stories zu verfassen, die beschreiben, wie fortschrittliche Technologie erfolgreich in Betrieben wie Ihrem angewendet wird. Abonnieren Sie für Ihr Print-Exemplar.

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