Serienfertigung Flexible Fertigungsstraße senkt Kosten auch bei kleinen Losgrößen

Automobilhersteller und Zulieferer ersetzen zurzeit zunehmend die auf ein Bauteil optimierten Transferstraßen durch flexiblere Fertigungssysteme. Damit können sie eine größere Anzahl von Varianten fertigen und die Stückkosten auch bei kleinen Losgrößen senken. Dabei hilft ein modular aufgebautes Fertigungssystem mit einer durchgängig offenen CNC-Lösung.

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Mit dem Module-Lines-System (MLS) hat die Geb. Heller Maschinenfabrik GmbH eine vollständig neue Maschinengeneration entwickelt, die auf eine erhöhte Variantenzahl in der Fertigung prismatischer Werkstücke zugeschnitten ist. Heller erhöht damit die Flexibilität in den einzelnen Modulen und in der gesamten Fertigung: Der Anwender kann die verschiedenen MLS-Varianten parallel einsetzen oder miteinander verketten und so die Produktionskapazität an veränderte Nachfrage anpassen.

Für die MLS-Baureihe entwickelte Heller zahlreiche neue Detaillösungen, um Flexibilität mit Produktivität zu verbinden. Der neue Dreh-Schwenk-Tisch, mit Torque-Motoren in der A- und B-Achse ausgerüstet, ermöglicht eine Fünf-Seiten-Bearbeitung des Werkstücks ohne Umspannen. Er verfährt auf zwei außerhalb des Arbeitsraums liegenden Führungsbahnen der Z-Achse und hebt damit Einschränkungen für Werkzeuglängen und unterschiedliche Werkstückgrößen auf. Alle Bearbeitungsmodule verfügen über einen schnellen, integrierten Werkstückwechsler, der den Arbeitsraum von der Automation entkoppelt. Dabei liegt gerade in der Reduzierung der Nebenzeiten das größte Potenzial zur Produktivitätssteigerung: bei den MLS immerhin rund 6% allein durch die schnellere Werkzeugbe-reitstellung.

Dabei bleibt Maschinendynamik eine entscheidende Voraussetzung für hohe Produktivität. So erreichen die Bearbeitungszentren der Heller-MCi-Baureihe (Bild 1) außerordentlich hohe Beschleunigungen bis zu 12 m/s² und Eilganggeschwindigkeiten bis zu 90 m/min. Die Span-zu-Span-Zeit verkürzt der Maschinenhersteller auf unter 3 s und senkt damit die Zykluszeiten deutlich.

Hochleistungssteuerung für produktive Maschinen

Entscheidenden Einfluss auf die Produktivität der Maschine hat die NC-Programmierung. Die Dynamik der MLS-Baureihe erfordert Hochleistungssteuerungen, in denen der Maschinenhersteller seine umfangreiche Prozess-Kompetenz hinterlegt hat. Heller hat dazu die durchgängig offene CNC-Systemlösung Indra-Motion MTX von Rexroth implementiert. Durch ihre Kanalstruktur deckt diese Steuerung die Anforderungen komplexer Aufgaben sehr gut ab. Die Performance-Variante steuert bis zu 64 Achsen auf bis zu 12 NC-Kanälen. Die typische NC-Satzvorbereitungszeit ist kleiner 1 ms und die CNC-Interpolationszeit beträgt 0,25 bis 1 ms.

Mit bis zu 2000 NC-Sätzen pro Sekunde und NC-Streaming, bei dem die Bearbeitung schon beginnt, während noch Sätze geladen werden, hebt die MTX bisherige Beschränkungen in der Programmgröße und Komplexität auf. CNC-Runtime-Module für Bohren, Drehen, Fräsen und Schleifen beschleunigen die Integration in verschiedene Maschinenkonzepte. Die bei allen Rexroth-Steuerungen eingesetzte SPS Indra-Logic, programmiert nach IEC 61131-3, arbeitet 1000 Anweisungen in 0,06 ms ab und reduziert damit die unproduktiven Nebenzeiten, beispielsweise beim Werkzeugwechsel (Bild 2).

Heller hat bereits mehrere Bearbeitungszentren mit Rexroth-Steuerungen ausgeliefert. Innerhalb von nur elf Monaten konnte Heller die Indra-Motion MTX mit einer sehr kleinen Mannschaft in das eigene Konzept implementieren. Eine besondere Herausforderung war, dass Fertigung und Inbetriebnahme der ersten Maschine mit Rexroth-Steuerung im brasilianischen Heller-Werk erfolgten.

Dabei vereinfachte die für alle Antriebe und Steuerungen durchgängige Engineeringumgebung Indra-Works die Aufgabe. Sie fasst in einer modernen Framework-Architektur sämtliche Tools für die Projektierung, Inbetriebnahme und Programmierung der Rexroth-Antriebe und -Steuerungen zusammen. Alle Tools greifen auf einmal erfasste Daten zu – händische Mehrfacheingaben entfallen. Mit Win-Studio konnte eine Bedienoberfläche für die Maschinen erstellt werden.

Steuerung und Antriebe aus einer Hand

Rexroth bietet außer der in Hard- und Software skalierbaren Steuerung ein breites Spektrum an intelligenten Indra-Drive-Servoantrieben (Bild 3) mit rotativen Gehäuse-, Torque-, High-Speed- und Linearmotoren. Sie erschließen mit mehr als einhundert Funktionen das volle Potenzial dezentraler Steuerungsarchitekturen. Heller setzt die nach EN 954-1, Kategorie 3, zertifizierten Sicherheitsfunktionen des Indra-Drive ein. Sie überwachen direkt im Antrieb zahlreiche sichere Bewegungen, wie reduzierte Geschwindigkeit, begrenztes Schrittmaß, Maximaldrehzahl oder Drehrichtung. Ein besonderes Merkmal der Sicherheitslösung ist: Bei konventionellen Konzepten muss die Maschine spätestens nach acht Stunden für eine Zwangsdynamisierung abgeschaltet werden, um „schlafende Fehler“ aufzudecken. Bei der Rexroth-Technik laufen die Tests zeitgleich zur Bearbeitung automatisch online im Hintergrund.

Stefan Klein ist Vertriebsmitarbeiter für Deutschland der Bosch Rexroth AG. Weitere Informationen: Tel. (09352) 40-4552, Fax (09352) 403-4552, susanne.herzlieb@boschrexroth.de

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