Intelligent gespannt

Automatisierung des Bearbeitungsprozesses

Fachzeitschrift: Digital Manufacturing
Ausgabe: September 2018

Intelligent gespannt

 

Automatisierung liegt im Trend und ist gerade im Bereich der mechanischen Fertigung bei hohem Maschinenstundensätzen ein heißes Thema. Welche Systeme es hier zur sensorischen Spannkontrolle und automatisierten Umrüstung gibt, am Beispiel der Lösungen des Unternehmens Hainbuch.

DIE DIGITALISIERUNG und Vernetzung von Fertigungsanlagen und Prozessen schreitet mit großen Schritten voran. Digitale Daten eines Arbeitsablaufs sind inzwischen in der Lage, Prozessabläufe zu überwachen und bei sinnvoller Auswertung und Verarbeitung dazu beizutragen, die Produktivität zu erhöhen. Auch die Spanntechnik generiert Daten, die zur Optimierung von Prozessabläufen beitragen. So können beispielsweise Rüst- und Wartungszeiten reduziert und durch produktive Maschinenlaufzeit ersetzt werden. Dabei sollte der Fokus aber nicht nur auf der reinen Werkstückspannung liegen, sondern auf dem kompletten Bearbeitungsprozess.

Die Anforderungen steigen
Die Forderung nach immer höherer Maschinenauslastung und zunehmend automatisierte Abläufe lassen kaum Spielraum im Fertigungsprozess. Zwei Bedarfe leiten sich daraus ab: automatisierbare Technik und Lösungen, die zur Prozesssicherheit beitragen. Beispielsweise verlangen gültige Normen wie die EN 1550 den Hinweis auf die Verwendung von Spannkraftmessvorrichtungen, um den Wartungszustand in regelmäßigen Zeitabständen zu überprüfen. Denn unbestimmte Prozessparameter führen zu Ausschuss oder Nacharbeit aufgrund von Deformation. Auch die Notwendigkeit, Prozesse nach Änderungen erneut »einzufahren« verursachen Aufwand, den es zu reduzieren gilt.

Spanntechnik mit Sensorik
Durch mit Sensorik ausgestattete und digital vernetzte Spanntechnik lassen sich verschiedene Messdaten generieren. Dies ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn die gesammelten Daten auch ausgewertet und verarbeitet werden, um daraus einen Mehrwert zu generieren. Ist dies geklärt, ermöglichen intelligente Spanntechnik-Lösungen durch Prozessüberwachung eine Steigerung der Produktivität und bringen folgende Vorteile:

  • erhöhte Maschinenverfügbarkeit
  • erhöhte Prozessfähigkeit
  • garantierte Qualität
  • Maschinensicherheit, Unfallverhütung
  • überwachter Prozessstatus, Alarmierung des Bedieners
  • Auswertung und Dokumentation der Prozesse

Einer der unternehmen, die sich intensiv mit der Automatisierung und Vernetzung von Spanntechnik beschäftigen, ist Hainbuch. Im Folgenden zeigen die Lösungen des Anbieters, was aktuell möglich ist.

Alles unter Kontrolle
Ein Beispiel für ein Spannkraftmessgerät ist das Testit. Beim Einwechseln in die Frässpindel über eine HSK-Schnittstelle wird die Einzugskraft des Werkzeughalters der Frässpindel gemessen und später im Spannmittel die aktuell anliegende radiale Spannkraft im Spannmittel. Das Gerät erfüllt somit eine doppelte Messfunktion und der Bediener muss für diesen Messvorgang die Maschinentür nicht öffnen. Der Ablauf wird manuell oder über die Maschinensteuerung durch eine automatisierbare Prüfroutine ausgelöst. Die Datenübertragung zur Steuerung und einem Anzeigegerät erfolgt drahtlos. Ein auf der Maschinensteuerung ausgeführtes Programm übernimmt bei Bedarf auch die Funktion des Anzeigegeräts.

Ein Futter, das mitdenkt
Einen anderen Ansatz verfolgt Hainbuch mit dem Spannfutter Toplus IQ: Es macht den Einsatz eines separaten Messgeräts überfüssig. Die im Futterkörperintegrierte Sensorik erlaubt eine permanente Spannkraftüberwachung. Auch hier wird eine doppelte Funktion erfüllt: Die Messung der radialen Spannkräfte und gleichzeitig die Überwachung des Werkstückdurchmessers. Damit lassen sich Prozessparameter bis auf die Bauteilebene lückenlos dokumentieren. Ausschuss durch Deformation wird ausgeschlossen und der Aufwand für vor- und nachgelagerte Messvorgänge wird reduziert oder entfällt. Über die ebenfalls berührungslose Daten- und Energieübertragung werden die Messdaten direkt an die Maschinensteuerung geleitet und ausgewertet. Von der Steuerung wird ein Sollwert-Abgleich durchgeführt und es werden, wenn erforderlich, Meldungen ausgegeben oder eine Korrektur initiiert. Selbst eine In-Line Werkstück Maßkontrolle, direkt bei jeder Spannung, ist durch eine integrierte Messsensorik möglich. Es wird auch die Temperatur nahe am Werkstück ermittelt, um beispielsweise eine Temperaturkompensation zu ermöglichen.

Die Vorteile der Daten
Mit den gewonnen Daten aus der Überwachung (Condition Monitoring) ist eine Langzeitkontrolle möglich. Dabei verfolgt das Condition Monitoring zwei Ziele: Sicherheit und Maschineneffizienz. Die Überwachung des Maschinenzustands ist die zwingende Voraussetzung für eine bedarfsorientierte und zustandsorientierte Wartung und Instandhaltung. Moderne Condition-Monitoring-Systeme stellen zwar höchste Anforderungen an Sensorik, Messdatenerfassung und automatische Messdatenverarbeitung sowie anlagenspezifische Kenntnisse, jedoch bietet es auch das größte Potential zur Kosteneinsparung, da die Lebensdauer kritischer Maschinenelemente vollständig ausgenutzt werden kann und gleichzeitig erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen in Abstimmung mit dem Produktionsplan terminiert werden können. So lassen sich unnötige Stillstandzeiten vermeiden, die Maschinenverfügbarkeit erhöhen und Abweichungen reduzieren. Das macht sich auch im Portemonnaie bemerkbar, zumal das Futter Ausschuss erkennt, beispielsweise bei Werkzeugbruch. Aussortierung und Abbruch der Wertschöpfung kann automatisiert erfolgen. Dadurch wird die Qualität gesteigert und der Personalaufwand reduziert. Die Mitarbeiter haben so die Chance sich zunehmend auf proaktive Maßnahmen zu konzentrieren. Außerdem sinkt durch die permanente Überwachung die Gefahr von Werkstückverlusten mit Verursachung von Schäden an Mensch und Maschine.

Automatisierung rund ums Spannmittel
Neben den automatisiert einsetzbaren Messgeräten, um Prozessparameter der Spannmittel zu erfassen, beinhaltet die dies auch Spannmittel selbst, die automatisiert umgerüstet werden können, um trotz mannloser Fertigung unterschiedliche Werkstückvarianten zu fertigen Der leichte und schnelle Wechsel der werkstückspezifischen Elemente eines Spannmittels ist die Grundlage für jeder Automatisierungslösungen in diesem Bereich. Dies erlaubt das bedienerlose Rüsten und Fertigen von Werkstücken mit unterschiedlichen Spanndurchmessern, Spannprofilen und Einfuttertiefen. Um zu rüsten, fährt zum Bespiel die Spindel einer Vertikaldrehmaschine mit dem Spannfutter über die einzuwechselnde Kombination aus Spannkopf und Anschlag, die über einen pneumatischen Impuls innerhalb von Sekunden prozesssicher in das Spannfutter eingewechselt wird. Das zu spannende Werkstück lässt sich dann direkt auf der nachfolgenden Wechselstation abgreifen und spannen. Der Automatisierungsaufwand ist dank dieser Anordnung minimal, die Maschinen-Flexibilität dafür enorm. Und mit einer Spannabfrage über die Luftanlagekontrolle oder einer Spülung lässt sich die Effizienz noch zusätzlich steigern. Diese einfache, praktische Lösung ist übrigens auch für Bearbeitungszentren und Horizontaldrehmaschinen geeignet, denn die Wechselstation ist direkt an den Industrieroboter oder den Manipulator adaptierbar.