Suchen

Komplettbearbeitung Bei Erodiermaschinen geht der Trend zur Verfahrensintegration

| Autor/ Redakteur: Lothar Handge / Frank Fladerer

Automatisierung ist auch im Segment der Erodiermaschinen ein wichtiges Thema. Ein Ziel dabei ist die wirtschaftliche Komplettbearbeitung der Bauteile. Immer öfter finden sich deshalb Automatisierungskonzepte, die unterschiedliche Fertigungsverfahren miteinander verbinden.

Firmen zum Thema

Drahterosive Großanlagen, die Werkstücke in Abmessungen von bis zu 2000 mm × 1600 mm × 395 mm und einem Gewicht von 4000 kg bearbeiten können, sind nötig, um solche Folgeverbundwerkzeuge bearbeiten zu können. Bild: Mitsubishi
Drahterosive Großanlagen, die Werkstücke in Abmessungen von bis zu 2000 mm × 1600 mm × 395 mm und einem Gewicht von 4000 kg bearbeiten können, sind nötig, um solche Folgeverbundwerkzeuge bearbeiten zu können. Bild: Mitsubishi
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Tendenz zur Automatisierung macht vor keinem Segment des Werkzeugmaschinenbaus halt. Angefangen beim automatischen Wechseln von Werkstücken und Werkzeugen bis hin zur Verknüpfung einzelner Werkzeugmaschinen zu komplexen Fertigungsstraßen. „Dabei ist ein klarer Trend zur Integration verschiedener Fertigungsverfahren erkennbar“, meint Ralf Loettgen, Leiter New Applications, Systems & Automation bei der Schweizer GF Agie-Charmilles. Zeitgemäße Automatisierungslösungen ermöglichen die Integration so unterschiedlicher Fertigungsverfahren wie das Erodieren, High Speed Machining (HSM) oder High Performance Machining (HPM).

Mehr Automatisierung steigert die Produktivität

Eine große Rolle bei der Automatisierung von Erodiermaschinen spielt das Ziel, die Produktivität zu erhöhen, die Stückkosten zu reduzierten sowie Schicht- und Wochenendarbeit möglichst zu vermeiden. Hinzu kommt eine problemlosere Einstellung der Kapazität auf Schwankungen der Auftragslage sowie die Forderung nach Verkürzung der Durchlauf- und Lieferzeiten.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

„Die Integration von verschiedenen Fertigungsverfahren setzt eine tiefe Kenntnis der Fertigungsvorgänge und der Abhängigkeiten zwischen den Bearbeitungsschritten voraus“, betont Ralf Loettgen. Als Beispiel nennt er das System Concept Cell von Agie-Charmilles. Es bietet die prozesssichere Verknüpfung von Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung von Grafitelektroden auf einer Mikron HSM 300, das funkenerosive Senken von Formkavitäten auf einer FO 350S sowie die Herstellung von Produktionsteilen durch fünfachsige Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung auf einer Mikron HSM 400 U und das funkenerosive Drahtschneiden auf einer AC Challenge V2.

Für die automatisierte Fertigung bei der das Senkerodieren zum Einsatz kommt, sind laut Ralf Loettgen noch mehr als sonst Grafitelektroden zu empfehlen: „Weil beim spanenden Bearbeiten von Grafit, also bei der Elektrodenherstellung durch das Hochgeschwindigkeitsfräsen, keine Grate entstehen, ist eine zentrale Bedingung für den unbeaufsichtigten Betrieb der Anlage erfüllt.“

Die Verknüpfung der Werkzeugmaschinen geschieht bei Concept Cell durch ein siebenachsiges, linear verfahrendes Handhabungsgerät von Fanuc Robotics, das insgesamt neun Spannfutter aus 492 Magazinpositionen für Paletten bedient. Alle Vorgänge werden durch einen Leitrechner mit entsprechender Zellen-Steuerungssoftware Sigma von Agie-Charmilles automatisch verwaltet.

Funkenerosion und Hochgeschwindigkeitsfräsen aus einer Hand

Drahterodieren und Senkerodieren sind Schlüsseltechnologien sowohl zum Herstellen von Hochleistungs-Formen oder Press-Werkzeugen, die für die Serienproduktion von Plastik, Glas und Metallteilen verwendet werden, als auch für die direkte Produktion komplexer Präzisionsteile. Vor wenigen Monaten stellte das Unternehmen die neue leistungsstarke Senkerodiermaschine Form 2000, die nach Schweizer Werten neuentwickelte Schneiderodiermaschine CUT 20 und das im Fertigungsalltag bereits bewährte Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum Mikron HSM 400U vor. Damit will man sich dem Werkzeug- und Formenbau als Anbieter der Funkenerosion und des Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsfräsen präsentieren.

„Gerade die Mehrmaschinenkonzepte nehmen zu“, bemerkt auch Dr. Roland Ruppel, Geschäftsführer der Zimmer & Kreim GmbH & Co. KG, Brensbach. Dabei stehe, so Ruppel weiter, am Anfang wirklich nicht die große Investition: „Nachdenken und Strukturen schaffen, das sind die wichtigsten Voraussetzungen für den Umstieg auf automatisierte Abläufe.“ Die Brensbacher profilieren sich seit langem als technischer und konzeptioneller Vorreiter auf dem Gebiet der automatisierten Prozesse für den Werkzeug- und Formenbau. Das Unternehmen hat sich hat dabei die Themen Wirtschaftlichkeit durch Strukturierung und Optimierung groß auf die Fahne geschrieben. Denn genau darum geht es: Effizienz zu steigern bei gleichzeitiger Qualitätssicherung, intelligente Lösungen zu nutzen, um besser zu werden als der Wettbewerb.

Weltweite Qualitätsstandards zwingen zum Wechsel

Automatisierung ist aber nicht nur in Hochlohnländern ein Thema, sondern auch in Regionen, in denen die menschliche Arbeitskraft weniger kostet. „Es sind die Qualitätsargumente, die in Asien beim Vertrieb unserer Systeme eine besondere Rolle spielen“, weiß Wolfgang Emert, Marketing- und Vertriebsleiter bei Zimmer & Kreim. „Den weltweit geforderten Qualitätsstandards in unserer Branche hält die rein manuelle Fertigung gar nicht mehr stand“.

Dabei funktioniert Automatisierung in Fernost nicht als „Kostensenker“ wie in Europa. Im Gegenteil – die Investitionskosten für solche Systeme sind in Asien verhältnismäßig höher. Aber nur durch das Reduzieren des Faktors Mensch wird die Sicherheit in der Fertigung und den Prozessabläufen gewährleistet. Und nur fehlerfreie und präzise Produktionsabläufe sorgen für Qualität und Liefertreue.

Jüngste Entwicklung des Unternehmens, das zukünftig unter dem Logo „ZK“ auftritt, ist die vor allem für große Freiformen geeignete Senkerodiermaschine The Cube. Besonderes Merkmal der neuen Maschine sind die Verfahrwege: 700 mm in der X- und 500 mm in der Y-Achse, bei einer Tischgröße von 900 mm × 700 mm. Dazu kommt ein Verfahrweg der Z-Achse mit 500 mm. The Cube weist einen sehr stabilen Maschinenaufbau mit Mineralgussbett auf und bietet hohe Leistungsfähigkeit in Kombination mit ausgewogenen Größenverhältnissen. Die Höhe des Dielektrikums über Tisch ist mit 500 mm für diesen Maschinengrößenbereich außergewöhnlich.

Sechs-Achs-Steuerung bei Großteilen vorteilhaft

Doch das ist nur eines der besonderen Merkmale: „Die Erodiermaschine ist als modifizierte halbe Gantry-Einheit konzipiert, mit zwei synchronisierten Digitalantrieben in der X-Achse. Die Achsen sind mit Glasmaßstäben ausgerüstet und deshalb besonders genau. Die C-Achse wird mit einem hohem Trägheitsmoment gesteuert, sodass auch größere Bauteile sehr präzise positioniert werden können. Trotz ihrer Größe lässt sich The Cube komplett einhausen. Sie eröffnet gleichermaßen die Anwendung für große Einzelteile und für die Automation. „The Cube ist die konsequente Fortführung unserer Automationsphilosophie“, sagt Ruppel zur Einordnung der neuen Baureihe in das ZK-Spektrum.

Die Steuerung ist in der Lage, sechs Achsen als Erodierachsen zu steuern. Das sei selten, aber sehr wichtig für die ganz großen Werkstücke: „Gerade beim Erodieren großer Rotoren aus einem Stück erreichen wir sowohl zeitlich als auch von der Präzision damit beste Ergebnisse“, so Ruppel. Dabei ist auch das Handling durchdacht – die volle Zugänglichkeit für die Kranbeladung ist gewährleistet. Auch Anwender, die große Werkstücke mit komplexen und hochpräzisen Freiformflächen zu bearbeiten haben, sollen jetzt getrost umsteigen können.

Bei der Exeron GmbH, Oberndorf, sieht man Senkerosion und HSC-Bearbeitung als sich technologisch ergänzende Verfahren heute in jedem auf die Erfordernisse des kostengünstigen Werkzeug- und Formenbaus ausgerichteten Unternehmen im Einsatz. Die Kundenforderungen für entsprechende Maschinen liegen zunehmend bei Paketlösungen, teilweise mit gemeinsamer Automatisierung und übergreifenden Software-Konzepten. Dabei legen immer mehr Unternehmen Wert darauf, diese Konzepte aus einer Hand angeboten zu bekommen. Es sei ein Vorteil, bei beiden Verfahren, der Senkerosion und dem HSC-Fräsen, mit einem Anbieter zusammenarbeiten zu können, der diese Verfahren beherrscht und damit auch eine verfahrensneutrale Beratung und Unterstützung bei der Investitionsentscheidung geben kann.

Erodiermaschinen mit Automationen sowie individuelle Systemlösungen sind Standbeine von Exeron. Ergänzt wird dieses Portfolio durch die automatisierten Systeme, die durch die Integration zusätzlicher Peripherie aus mehreren Maschinen eine Produktionszelle entstehen lassen. Weil die Struktur der Einzelmaschinen und Steuerungen offen ist, ist eine Maschinenautomatisierung, etwa durch Elektroden- und Palettenwechselsysteme, kein Problem. Auch die Verknüpfung mehrerer Maschinen über Industrieroboter, die Anbindung solcher Anlagen an ein Job-Management, an Messdaten- oder CAD-Systeme bringt mehr Flexibilität und Maschineneffizienz.

Werkstückqualität und Kostendruck treiben Drahterodieren voran

Zwei Beispiele für gebräuchliche Automationsformate sind die Exo-Cell 100/8 als Komplettlösung und die Awex 100/5 als Automatisierung für Einzelmaschinen. Die Exo-Cell 100/8 ist eine komplett automatisierte Erodierzelle. Sie besteht aus zwei Senkerodiermaschinen Exeron 312 und Exeron 313 und einem Fanuc-Industrieroboter, der beide Maschinen mit Elektroden und Paletten von bis zu 70 kg Gewicht versorgt. Awex 100/5 ist eine Automatisierungslösung für eine Maschine. Vier Paletten und 100 Elektroden machen eine Erodiermaschine zur Erodierzelle – und erhöhen damit die Wettbewerbsfähigkeit.

Die Anforderungen an ein modernes Drahterodiersystem sind höchst unterschiedlich und steigen permanent, genauso wie der Kostendruck. Ende letzten Jahres präsentierte die Mitsubishi Electric Europe B.V. Factory Automation in Ratingen die neue Drahterodier-Baureihe FA-S Advance mit den Modellen FA10-S Advance und FA20-S Advance. Aufbauend auf der seit vielen Jahren bewährten Grundkonstruktion aus stabilem und langzeitpräzisem Stahlguss wurde die Maschine in vielen Teilen erneut verbessert und weiterentwickelt. Auffälligste Neuerung ist die neue CNC-Steuerung mit 15“-Touchscreen, deren Bedienkomfort und Zuverlässigkeit die bisher als Referenz geltende Vorgänger-Steuerung noch übertrifft. In die neue Steuerung sind unter anderem die komplette Maschinendokumentation sowie Wartungsanleitungen integriert.

Die Weiterentwicklung des Generators hat sich in der Praxis ebenso positiv ausgewirkt. Der optionale V-Generator ist nun mit einem digital gesteuerten Anti-Elektrolyse(AE)-Generator ausgestattet, der in der Lage ist, die vertikale Position der Entladungen am Werkstück zu steuern. Zur Erzielung bester Parallelitäten bei hohen Werkstücken werden vermehrt Entladungen im unteren Werkstückbereich konzentriert, um den Drahtverschleiß zu kompensieren. Mit dieser laut Hersteller einzigartigen Funktion kann der Drahtverschleiß ohne Verfahren der U- und V-Achsen kompensiert werden. Aufgrund des optionalen digitalen Feinschlichtgenerator (D-FS) lässt sich eine Oberflächenrauheit Ra unterhalb von 0,1 µm erzielen.

Beim Bearbeiten von Leichtbauwerkstoffen und modernen Verbundwerkstoffen im Metallbereich haben sich PKD-Werkzeuge durchgesetzt, für deren Herstellung komplexe Bearbeitungsaufgaben erforderlich sind. Als besonders wirtschaftliche Lösung werden PKD-Werkzeuge sowohl in der Herstellung als auch zum Nachschärfen auf Erodiermaschinen bearbeitet. Heute werden Anforderungen an Genauigkeit und Oberfläche erzielt, die früher im Erodierprozess unmöglich waren.

Grundsätzlich kommen dazu Maschinen zur Anwendung, die mit Draht- oder Scheibenelektrode bestückt sind. Beide Fertigungstechniken werden von der Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH, Bibe-rach/Riß, im Rahmen des Maschinenprogramms der Q-Baureihe angeboten. Die Drahterodiermaschinen sind mit zwei rotatorischen CNC-Achsen in Verbindung mit drei Linearachsen und alternativ mit einer Gegenspitze ausgerüstet. Alle fünf CNC-Achsen arbeiten bahninterpoliert.

Die freie Werkzeugprogrammierung ermöglicht es, auch komplexe Geometrien wie Profile und Glockenwerkzeuge zu bearbeiten. Um eine maximale Genauigkeit an der Schneidkantengeometrie zu erzielen, wird die Drahtelektrode dabei laufend erneuert. Zusätzlich bietet die Drahttechnologie im Verbund mit der Expertensoftware eine maximale Variantenabdeckung bei hoher Entwicklungsfreiheit der Schneidkantengeometrien.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 238621)