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Siemens

Clevere Steuerung vereinfacht Fräs-Drehen

| Autor / Redakteur: Thomas Schott / Reinhold Schäfer

Bei der Maschinenreihe HEC wurde die von Heckert-Maschinen gewohnte Bedienoberfläche auf die Systemsoftware aufgesetzt.
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Bei der Maschinenreihe HEC wurde die von Heckert-Maschinen gewohnte Bedienoberfläche auf die Systemsoftware aufgesetzt. (Bild: Heckert)

Ob einfach bedienbares Fräs-Drehen, clevere Bahnführung, Maschinenzustandsüberwachung in Echtzeit und hauptzeitparallele Verwaltung großer Werkzeugmagazine: Der Fortschritt in der Fertigung ist softwaregetrieben. Es gilt, die bestmögliche Symbiose aus den Softwarefunktionen der Maschinenhersteller und der Steuerung zu finden.

Fortschritt im Maschinenbau wird derzeit vor allem dann erzielt, wenn Maschinenhersteller und CNC-Hersteller ihr Know-how verknüpfen. So werden in modernen Werkzeugmaschinen und Fertigungszentren die Möglichkeiten aktueller CNC-Systeme konsequent genutzt, um Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit zu maximieren. Dabei gilt es, hersteller-, maschinen- und anwenderspezifische Funktionen mit der CNC-seitig bereitgestellten Funktionalität zu integrieren – einerseits möglichst konflikt- und redundanzfrei, andererseits unter effizienter Ausnutzung möglicher Synergieeffekte.

Aktueller Anlass, sich mit diesen Fragestellungen auseinanderzusetzen, ist der Wunsch vieler Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen und Fertigungszentren, die Bediensoftware Sinumerik Operate auf ihren Maschinen zu nutzen (siehe Infokasten). Gründe dafür sind unter anderem, dass diese Systemsoftware im Windows-Stil alle relevanten Fertigungstechniken und Maschinenkinematiken nach Stand der Technik unterstützt, komplett in eine durchgängige Prozesskette eingebunden ist und eine einfache Anbindung an die IT-Welt und Handling-Systeme ermöglicht – einschließlich Knick­armrobotern. In Verbindung mit der ebenso komfortablen Bedienung und Programmierung des Bediensystems Sinumerik Operate gilt die Werkzeugmaschinensteuerung Sinumerik 840D sl vielen Anwendern als das derzeitige Flaggschiff unter den CNC-Systemen. Diese Einschätzung hat sich seit dem Erscheinen des Softwarestandes 4.7 weiter verstärkt: Die Unterstützung der Schlüsseltechnik Fräs-Drehen wurde weiter verbessert, sie gilt als Referenz in der Branche.

Technischen Vorsprung von CNC-Systemen nutzen

Auch der renommierte Werkzeugmaschinenhersteller Heckert GmbH, ein Unternehmen der Schweizer Starrag Group, hat seine Maschinen der HEC-Reihe nun auf das CNC-Bediensystem Sinumerik Operate umgestellt. Die erste damit ausgerüstete Maschine ist eine innovierte Version der HEC 500, eines Vier-Achs-Universalbearbeitungszentrums. Die Maschinen dieser Reihe sind in vielen Branchen beliebt, im Bereich Automotive zum Beispiel zum Bau von Kurbelwellengehäusen und Getrieben.

„Mit dem CNC-System Sinumerik Operate können wir den Anwendern eine deutlich einfachere Umsetzung von Fräs-Dreh-Applikationen bieten als bisher“, begründet Heckert-Entwicklungsleiter Matthias Brand die Systementscheidung. „Das zu dieser CNC-Software verfügbare Frästechnologiepaket Mdynamics verbessert zudem die Bahnführung grundlegend – und damit die Oberflächenqualität der Fräsbearbeitung.“ Und bei besonders hohen Anforderungen könne die Fertigungspräzision der Maschine nun mit einer optionalen volumetrischen Kompensation maximiert werden; sie minimiere so die Auswirkung von Achsfehlern wie Gieren, Nicken und Rollen auf die Werkzeugposition und -ausrichtung.

Zu den maschinenbautechnischen Neuerungen bei der Maschinenreihe HEC zählen neue Versionen der Turmmagazine für die Werkzeuge, energieeffizient ausgestaltete Nebenaggregate und ein neuer Direktantrieb des Drehtisches – dort kommt nun ein 1FW6-Torque-Motor von Siemens zum Einsatz.

Vertraute Bedienung und Funktionen des OEM

Wichtigste Voraussetzung für den Umstieg auf Sinumerik Operate war für Heckert die zukunftssichere Portier- und Erweiterbarkeit der hauseigenen OEM-Software. Für den Maschinenhersteller hat der im Haus entwickelte Funktionsumfang einen erheblichen Wert: Dort finden sich Alleinstellungsmerkmale, die sich positiv vom Wettbewerb abgrenzen und zur Kundenbindung beitragen. „Auf die vertrauten Funktionen und die gewohnte Bedienoberfläche wollen die Anwender schließlich nicht verzichten“, bekräftigt Brand.

Leistungsfähiges Trace erleichtert Migration der OEM-Funktionalität

Heckert hat darum die Offenheit des CNC-Systems von Siemens genutzt und eine weiterentwickelte Fassung der hauseigenen Bedienoberfläche und Maschinensoftware auf Sinumerik Operate aufgesetzt. Dabei konnten die Entwickler bereits das ab Softwarestand 4.7 erweiterte C++-Interface nutzen. Es bietet nun einen Archivservice, einen leistungsfähigen Trace-Data-Recorder und Infrastrukturdienste.

PCU entlastet CNC von rechen- und datenintensiven Herstellerfunktionen

Besondere Aufmerksamkeit bei der Systemmigration verlangen hersteller-, maschinen- oder anwenderspezifische Funktionen, die einerseits hauptzeitparallel ablaufen und andererseits besonders rechen- oder datenintensiv sind. „Bei der HEC-Maschinenreihe sind dies im Wesentlichen die Ansteuerung, Verwaltung und Bedienung der Turmmagazine sowie das Service-Assistant-Modul SAM“, erläutert Brand. „Wir haben diese und andere daten- oder rechenintensiven Funktionen auf eine Windows-basierte CPU Sinumerik PCU50 ausgelagert. Die Ressourcen der CNC stehen also voll für Bearbeitung und Simulation zur Verfügung. Dadurch ist die Bedienung der Maschine in jeder Betriebssituation flüssig und komfortabel.“

Hauptzeitparalleles Verwalten hunderter Werkzeuge

Das modulare Turmmagazin der HEC-Reihe liegt wie die Maschinen nun in einer neuen Ausführung vor. Jeder dieser Türme fasst 90 Werkzeuge; standardmäßig werden die Maschinen der HEC-Reihe mit vier Türmen für insgesamt 360 Werkzeuge ausgeliefert. Es sind jedoch auch Konfigurationen für Werkzeugzahlen im vierstelligen Bereich möglich. Die Werkzeuge können automatisch beladen, ein- und ausgeschleust, identifiziert und auf Bruch geprüft werden – während die Maschine spant.

Zustandsüberwachung ist in Echtzeit möglich

Heckert installiert auf seinen Maschinen ein eigenes Überwachungssystem. Es beruht unter anderem auf einer Überprüfung der Lager und Spindeln auf Vibrationen. So kann der Grad des Verschleißes der einzelnen Lager überwacht und bewertet werden. Der Servicetechniker weiß also anhand der Systemmeldungen genau, wann er wo aktiv werden muss. Das verlängert die effektiven Nutzungszeiten und bewirkt eine zeit- und kostenoptimierte Wartung.

Außerdem kann die Schwingungsüberwachung zur adaptiven Vorschubregelung herangezogen werden: Zeigen zum Beispiel die Spindelvibrationen an, dass Schwingungen das Bearbeitungsergebnis beeinträchtigen oder das Werkzeug gefährden könnten, erhält die CNC das Signal, den Vorschub und damit Prozesskräfte sowie Schwingungsanregung zu reduzieren. Die dazu notwendigen rechen- und auch datenintensiven Funktionen laufen auf der PCU (Packet Control Unit) ab, wie auch die Prozesse zur Steuerung des Werkzeugmagazins.

Hilfreiche Unterstützungsfunktionen für den Anwender

Außer den „großen“ Funktionsblöcken Werkzeugverwaltung und Zustandsüberwachung umfasst die von Heckert auf das CNC-System Sinumerik Operate portierte Bedienoberfläche eine Vielzahl sehr hilfreicher Unterstützungsfunktionen für den Anwender: zum Beispiel Voreinstellungen, die der Bediener als komplexe PLC-Settings oder Wertekonfigurationen en bloc abrufen kann. Solche vorkonfigurierten PLC-Settings oder Wertekonfigurationen bereiten zum Beispiel die Palettenspülung vor oder legen die Startzeitpunkte und Pausenzeiten des Späneförderers fest.

CNC-nahe Maschinenfunktionen sind dagegen als Anwenderzyklen realisiert. Auch sie werden über die Heckert-Bedienoberfläche aktiviert – oder programmgesteuert gestartet. Ein Beispiel hierfür ist das Auswuchten der mit dem Rohteil vorgerüsteten Paletten für das Fräs-Drehen – eine sehr zweckmäßige Ergänzung zur technologischen Unterstützung des Fräs-Drehens durch das CNC-Bediensystem Sinumerik Operate.

Weniger Umspannvorgänge und höhere Genauigkeit

Das Fräs-Drehen spart zeitraubende Umspannvorgänge ein und verbessert dabei gleichzeitig die Fertigungsgenauigkeit – nicht zuletzt, weil die beim Umspannen unvermeidbaren Ungenauigkeiten vermieden werden. Wenn ein Frästeil also Drehbearbeitungen erfordert, dann spart der Anwender mit dem Fräs-Drehen trotz höherer Genauigkeit Zeit.

Für die Bediener, insbesondere für Mitarbeiter, die vom Drehen her kommen, ist das Drehen auf einer Fräsmaschine ungewohnt, hat Matthias Brand beobachtet. „Dass wir das Fräs-Drehen mit der neuen Systemausstattung deutlich einfacher gemacht haben, das macht diese Fertigungstechnologie für viele Anwender unserer Maschinen erstmals interessant“, stellt er fest und verweist auf weitere konkrete Synergien zwischen OEM- und CNC-Funktionalität, zum Beispiel beim Energiesparen: Die von Heckert bereits in die Maschinensoftware integrierten Energiesparfunktionen kann der Anwender bei Bedarf nach eigenen Vorstellungen ergänzen.

Über die Windows-basierte PCU kann die Maschine nun besonders einfach in das LAN des Betreiberunternehmens eingebunden werden, zum Beispiel zur Offlineauswertung aller gesammelten Daten. „Die einfache Vernetzung der Maschinen für den zentralen Zugriff ist ein wesentlicher Vorteil des Windows-basierten Systemteils“, bestätigt Brand.

Wissen des Maschinen- und CNC-Herstellers verbessert die Marktposition

Als Maschinenhersteller profitiert Heckert von der Offenheit des modernen Bedienkonzeptes Sinumerik Operate: Bedienoberfläche und OEM-Funktionalität lassen sich konfliktfrei mit CNC-Technik nach Stand der Technik verbinden. Das sichert den Wert der Investitionen in die hauseigenen Softwarekomponenten – und zwar auf sämtlichen Ebenen: bei Engineering-Aufwänden, Alleinstellungsmerkmalen und bei der Kundenbindung.

Für den Anwender bewirkt die konsequente CNC-seitige Unterstützung der Fünf-Achs- sowie der Fräs-Dreh-Technik (Multi-Technology) eine Erhöhung der Produktivität und Qualität in der Fertigung. Mit der volumetrischen Kompensation kann vor allem bei großen Maschinen die Grundgenauigkeit erhöht werden.

Besonders die „Multi-Technology“-Versionen der Maschinenreihe HEC wie die HEC 500 MT werden mit dem stark vereinfachten Einsatz des Fräs-Drehens noch attraktiver für die Endanwender – und all das, ohne auf die Heckert-Bedienung und -Funktionen verzichten zu müssen.

* Thomas Schott ist Vertriebsingenieur bei der Siemens AG, Digital Factory/Machine Tools Systems in 09116 Chemnitz

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