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Handhabung Schleifscheiben auf engstem Raum flexibel handhaben

| Autor / Redakteur: Jakob Khoury / Mag. Victoria Sonnenberg

Ein einbaufertiges Linearachssystem ist der Schlüssel für ein flexibles Schleifscheibenhandling auf minimalem Bauraum.Im mannlosen Betrieb verspricht das Kompaktmagazin kürzeste Rüstzeiten und eine hochflexible Produktion.

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Das komplette Achssystem ist an die Zentralschmierung der Maschine angeschlossen. Um beim hochdynamischen Handling Schwingungen zu verhindern, wird die Z-Achse kopfseitig von zwei und fußseitig von einer Schunk-Beta-Zahnriemenachse angetrieben.
Das komplette Achssystem ist an die Zentralschmierung der Maschine angeschlossen. Um beim hochdynamischen Handling Schwingungen zu verhindern, wird die Z-Achse kopfseitig von zwei und fußseitig von einer Schunk-Beta-Zahnriemenachse angetrieben.
(Bild: Schunk )

Ob Luftfahrt, Medizintechnik oder die Werkzeugherstellung: Sinkende Losgrößen, verkürzte Produktlebenszyklen, ein hoher Kostendruck sowie die Forderung, Werkstückänderungen möglichst unmittelbar umsetzen zu können, bestimmen mehr und mehr die Maschinenkonzepte beim Schleifen. Längst sind die Zeiten vorbei, als ein und dasselbe Produkt sieben oder acht Jahre lang unverändert lief. Wenn im Triebwerksbau oder im Orthopädiebereich komplette Teilefamilien mannlos produziert werden sollen oder komplexe Werkstücke bearbeitet werden müssen, stoßen selbst modernste Schleifmaschinen bislang an Grenzen, da die Zahl der Werkzeuge bei hoher Varianz nicht ausreicht.

Modulares Werkzeugmagazin erlaubt eine große Vielfalt

Haas Schleifmaschinen hat den Bedarf des Marktes erkannt und ein modular nutzbares Werkzeugmagazin entwickelt, das genau diesen Engpass beseitigt. Für Geschäftsführer Thomas Bader geht das Konzept voll auf: „Die ersten Anwender sind begeistert. Seit Einführung des Systems sank deren Rüstzeit von mehreren Wochen auf wenige Tage pro Jahr.“ Bis es so weit war, galt es, eine besondere Herausforderung zu meistern: Das Magazin sollte eine möglichst kleine Grundfläche (2000 mm × 2400 mm) beanspruchen. Zugleich musste es ausreichend Raum bieten für eine große Zahl von Schleifscheiben mit Durchmessern zwischen 20 und bis zu 300 mm sowie für die entsprechenden Kühlmittelschutze, die passend zur jeweiligen Größe mit den Schleifscheiben kombiniert werden.

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Die kompakte Y-Achse wurde speziell für die Anwendung konstruiert. Mit ihr kann der Schlitten zur Entnahme der Schleifscheiben bis unmittelbar vor das Werkzeugregal verfahren werden.
Die kompakte Y-Achse wurde speziell für die Anwendung konstruiert. Mit ihr kann der Schlitten zur Entnahme der Schleifscheiben bis unmittelbar vor das Werkzeugregal verfahren werden.
(Bild: Schunk )

Der Kniff gelang mit einem individuell konstruierten, einbaufertigen Achssystem des Kompetenzführers für Greifsysteme und Spanntechnik Schunk, das Schleifscheiben und Kühlmittelschutze flexibel kombiniert und bereitstellt. Die minimale Wechselzeit für eine individuelle Kombination aus Scheibe und Schutz innerhalb des Magazins, also hauptzeitparallel beträgt gerade einmal 28 s. Der eigentliche Wechsel zur Maschine ist mit einer reinen Werkzeugwechselzeit von 10 s durchgeführt.

Darüber hinaus können mit dem System auch Fräser gehandhabt werden. Diese werden gerade im Bereich der Medizintechnik immer häufiger eingesetzt, um kleine Konturen oder Radien zu bearbeiten, die mit Schleifscheiben nicht erreichbar sind. Als Schnittstelle zur Maschine, die zum Schutz vor Ölnebel durch eine Sicherheitstüre vom Magazin getrennt ist, dient ein Wechseltisch, der den herkömmlichen Werkzeugwechsler der Maschine ersetzt. Das störkonturminimierte Achssystem wurde von Schunk anwendungsspezifisch konstruiert und inklusive Ventilinseln, Energieketten sowie der Anbindung an die Zentralschmierung fertig montiert geliefert.

Greifer mit speziell konstruierten Aufsatzbacken

Zwei vielzahngeführte Schunk PGN-plus-Universalgreifer übernehmen das variantenreiche Handling der Schleifscheiben und Kühlmittelschutze. Dafür sind die Greifer mit speziell konstruierten Aufsatzbacken ausgestattet, deren komplexe Konturen so aufeinander abgestimmt wurden, dass die unterschiedlichen Schutzvarianten beziehungsweise die HSK-80- und HSK-50-Aufnahmen der Schleifscheiben zuverlässig gegriffen werden. Eine Greifkrafterhaltung stellt sicher, dass die Werkzeuge im Falle eines plötzlichen Energieabfalls zuverlässig gehalten bleiben. Optische Sensoren überwachen die Werkstückanwesenheit. Spezielle Abblasdüsen reinigen vor dem Handling die jeweiligen Schnittstellen von eventuellen Verunreinigungen. Mithilfe einer Schunk SRU-plus Schwenkeinheit lässt sich der untere Greifer sowohl zur Kombination von Schleifscheibe und Kühlmittelschutz als auch zur Entnahme und Ablage der einzelnen Schleifscheiben und Fräser nutzen.

Das Linearsystem ist durch und durch auf Kompaktheit und Prozesssicherheit getrimmt: So übernehmen drei Schunk Beta 120 Zahnriemenachsen aus dem Katalogprogramm von Schunk die Linearbewegung in X-Richtung: die beiden Achsen am Kopf des Achssystems werden synchron über einen Servomotor angetrieben, die dritte Achse am Fuß ist elektrisch synchronisiert und ebenfalls mit einem Servomotor ausgestattet. Letztere sorgt für eine hohe Steifigkeit des Gesamtsystems und verhindert bei hochdynamischen Bewegungen mit Beschleunigungen von bis zu 5ms-2 und Geschwindigkeiten von bis zu 60 m/min, dass das System ins Schwingen gerät. Auf diese Weise lassen sich sehr schnelle Achsbewegungen realisieren, es gibt keine Wartezeiten beim Werkzeugwechsel und der Verschleiß des Gesamtsystems wird minimiert.

Linearmodul vereint Kompaktheit mit einem großen Hub

In Z-Richtung kommt eine leistungsfähige Schunk-Delta-240C-Spindelachse zum Einsatz, die mit einer Absenksperre sowie mit verlängerter Spindel und Drehgeber ausgestattet ist. Dieser überwacht permanent die Position und bewirkt im Falle eines Bruchs oder einer Kollision den sofortigen Not-Stopp des Achssystems. In Y-Richtung reizt Schunk das technisch Machbare bis auf den letzten Millimeter aus: Ein eigens für den engen Bauraum konstruiertes Linearmodul vereint kompakte Abmessungen mit einem besonders großen Hub von 490 mm. Ohne dass Raum für die Lagerung der Spindel benötigt wird, fährt der Schlitten komplett bis ans Ende des Moduls. Nur so war es möglich, dass der Greifer sowohl das linke Magazinregal mit den Kühlmittelschutzen als auch das rechte Regal mit den Schleifscheiben und Fräsern vollständig erreicht. Eine besondere Herausforderung für das Team bei Schunk war es, das System zum einen so kompakt zu bauen, dass der vorgegebene Bauraum genügt, zum anderen so groß, dass die Hübe ausreichen, um das linke und rechte Regalsystem sauber zu bedienen.

Fokus auf Prozesssicherheit aber auch Wirtschaftlichkeit

Neben der Konstruktion und dem Bau des Achssystems hat Schunk auch die Antriebsauslegung und die Taktzeitberechnung übernommen. Dabei wurde vor allem auf eine hohe Prozesssicherheit, aber auch auf eine hohe Wirtschaftlichkeit wert gelegt.

Hier zahlt sich zum einen aus, dass das Schunk- Standardprogramm alle denkbaren Antriebsvarianten vom Spindelantrieb bis zum hochdynamischen Lineardirektantrieb mit einer feinen Abstufung der Baugrößen umfasst. Zum anderen verfügen die Lineartechnikspezialisten bei Schunk über einen umfangreichen Fundus an Erfahrungen aus zahlreichen Projekten zur automatisierten Werkzeug- und Werkstückbeladung von Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen. Ideale Voraussetzungen also, um auch knifflige Anforderungen, wie die extreme Kompaktheit des Haas-Schleifmaschinenmagazins zuverlässig in den Griff zu bekommen.

Seit 1989 ebnet Haas bereits den Weg zu automatisierten Schleifprozessen. Dabei stehen neben der Prozesssicherheit beim Schleifen vor allem die Reduzierung der Rüstzeiten und die mannlose Fertigung im Fokus. Schon früh bot Haas integrierte Schleifscheibenwechsler für seine Maschinen an. Hinzu kamen im Laufe der Jahre das automatisierte Abrichten der Schleifscheiben sowie die automatisierte Werkstückbeladung mittels Roboter oder Portalsystem.

Multigrind-CU-Schleifmaschinen lassen sich miteinander verketten und vollautomatisiert in Reihe betreiben. Die Programmierung der Handlingsysteme erfolgt ebenso wie die Programmierung der Schleifprozesse stets direkt bei Haas über die eigene Software Horizon. MM

* Dipl.-Ing. (BA) Jakob Khoury ist Leiter Produktmarketing bei der Schunk GmbH & Co. KG in 74348 Lauffen/Neckar, Tel. (0 71 33) 1 03 26 67, jakob.khoury@de.schunk.com

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