Fertigungsautomation Endlich: Automatisierter Werkzeugwechsel für die Drehteilefertigung

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omnino ag / Fastems GmbH

Sauter Feinmechanik GmbH

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Schwarz AG - Warmpresswerk

Angehrn AG - Umformtechnik

Wer Drehteile fertigt, weiss nur allzu gut, dass die Rüstzeiten an Drehmaschinen und in diesem Zusammenhang u.a. auch die Investitionen in Werkzeughalter und Werkzeuge erhebliche Kostentreiber sein können. Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet nun Fastems mit einem neuen Konzept für den automatisierten Werkzeugwechsel direkt am Revolver, der durch die Entwicklung des Sauter «SolidPro» von Sauter Feinmechanik für Werkzeughalter ermöglicht wird.

Steht ein Werkzeugwechsel in einer Drehmaschine an, muss das neue Tool in den Werkzeughalter eingespannt und dieser manuell und zumeist mit hohem Zeitaufwand am Werkzeugrevolver in der Maschine vermessen werden. Wesentlich schneller erfolgt der Wechsel durch den kompletten Austausch des Werkzeughalters. Hierfür sind mitunter jedoch Investitionen in zusätzliche Halter erforderlich, um ein Mindestmass an Flexibilität beim Werkzeugeinsatz zu erhalten.

Sauter Feinmechanik ist Systemanbieter für Werkzeugmaschinen, darunter Werkzeugaufnahmen für anspruchsvolle Zerspanungsprozesse. Der Tooling-Spezialist mit Sitz in Metzingen (Baden-Württemberg) hat nun eine neue Werkzeugaufnahme für Drehmaschinen entwickelt, mit der nicht nur die Kosten für Werkzeughalter reduziert, sondern auch die Rüstzeiten durch einen automatisierten Werkzeugwechsel minimiert werden können.

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2 in 1: Modulares Schnellwechselsystem

Die Neuentwicklung Sauter «SolidPro» macht als integrierbarer Spannmechanismus aus Standard-Spannzangenwerkzeugen von Sauter ein modulares Schnellwechselsystem. Je nach Anforderungen an die Flexibilität können die Sauter-Werkzeuge mit dem Umbausatz auf das neue modulare Schnellwechselsystem umgerüstet werden und so mit den Anforderungen des Kunden wachsen.

Für einen Werkzeugwechsel direkt am Revolver muss nur der Betätigungsbolzen am Werkzeughalter gelöst werden. Danach lassen sich die voreingestellten Adapter wechseln, ohne hierfür den gesamten Werkzeughalter austauschen und neu einrichten zu müssen. Die neue, äusserst wirtschaftliche Lösung von Sauter Feinmechanik ermöglicht es somit erstmalig, verschiedenste Adapter auf einfache Weise, binnen kürzester Zeit und mit hoher Wiederholgenauigkeit zu spannen. Während der Werkstückbearbeitung gewährleistet die Neuentwicklung zudem eine hohe Kraftübertragung des angetriebenen Werkzeugs.

Da der Sauter «SolidPro»-Adapter ausserdem für die Handhabung mit einem Robotergreifer konzipiert ist, kann der gesamte Werkzeugwechsel an Drehmaschinen nun vollständig automatisiert werden.

Flankierende Automatisierung von Fastems

Fastems stellt hierzu ein neues Automatisierungskonzept vor, das im Wesentlichen aus einem Roboter für das Werkzeug- und Werkstückhandling, Ablageplätzen für die Werkzeugadapter und einer Software zur Steuerung der Automatisierung besteht. Darüber hinaus ist der Einsatz von AMR (Autonomous Mobile Robot) für die Logistik der voreingestellten Werkzeuge (Adapter inkl. Werkzeug) möglich. Im konkreten Einsatz muss der Roboter lediglich die Stellschraube am Spannmechanismus des Werkzeughalters lösen, um anschliessend den Adapter mit dem Werkzeug aus der Spannvorrichtung zu ziehen und abzulegen. Das Rüsten eines neuen Adapters mit Werkzeug erfolgt in umgekehrter Reihenfolge: einsetzen des Adapters in den Werkzeughalter, spannen, fertig. Der komplette Werkzeugwechsel benötigt hierbei nur wenige Sekunden.

Hauptzeitparallele Werkzeugvoreinstellung

Während die Maschine die Drehteile bearbeitet, können die für die anschliessenden Produktionsprozesse benötigten Werkzeuge hauptzeitparallel auf der Werkzeugvoreinstellung eingemessen und mit den entsprechenden Daten an die Maschine übertragen werden. Eine zusätzliche, zeitintensive Vermessung und Einrichtung eines Werkzeugs und Werkzeughalters am Revolver sind damit passé.

MMS plant automatisierten Werkzeugwechsel

Die Planung, Steuerung und Überwachung der Automatisierung übernimmt die Manufacturing Management Software (MMS) von Fastems, die eigens um ein Modul für Drehmaschinen erweitert wurde. Als eine der fortschrittlichsten Steuerungslösungen für automatisierte Zerspanungsprozesse plant die MMS gemäss der aktuellen Aufträge den automatisierten Werkzeugwechsel mit dem Roboter und überwacht hierzu sämtliche für die anstehende Fertigung notwendigen Ressourcen (Rohmaterialien, Werkzeuge, Werkzeugstandzeiten etc.).

Beschleunigte Span-zu-Span-Zeiten

Die neue Lösung von Sauter Feinmechanik gemeinsam mit dem Automatisierungskonzept von Fastems bietet eine ganze Reihe an Vorteilen auf verschiedensten Ebenen, darunter deutliche Einsparpotenziale für Werkzeughalter, die nachhaltige Minimierung von Rüstzeiten durch automatisierten Werkzeugwechsel, verlängerte mannlose Produktionszeiten und eine höhere Maschinenauslastung durch hauptzeitparallele Voreinstellung von Werkzeugen und, last, but not least, die Unterstützung einer High-Mix-Produktion mit geringeren Stückkosten sowohl bei Klein- als auch Grossserien u.a. durch beschleunigte Span-zu-Span-Zeiten.

Der Werkzeugwechsel der Zukunft

Mit dem innovativen Schnellwechselsystem «SolidPro» präsentierte Sauter Feinmechanik auf der AMB 2024 ein Novum in der Automatisierung von Drehmaschinen. Das System ermöglicht erstmals einen vollautomatischen Werkzeugwechsel direkt am Revolver und bietet sowohl in der Serien- als auch in der Einzelfertigung enorme Vorteile hinsichtlich Flexibilität und Effizienz. Während automatische Werkzeugwechselsysteme in Fräsmaschinen längst etabliert sind, blieb diese Effizienzsteigerung Drehmaschinen bisher verwehrt. Der Grund lag in den räumlichen und technischen Herausforderungen der Werkzeugrevolver. Sauter «SolidPro» löst dieses Problem mit einem einzigartigen mechanischen System, das sowohl manuell als auch vollautomatisiert hohe Spannkräfte aufbringen kann – ein Durchbruch in der Drehmaschinenautomatisierung.

Das modulare 2-in-1-System: Flexibilität und Vielseitigkeit
Das Herzstück von Sauter «SolidPro» ist sein modularer Aufbau, der auf einem 2-in-1-Konzept basiert. Ein standardisierter Werkzeughalter mit Spannzangen-System bildet die Grundlage. Dieser Halter lässt sich bei Bedarf zu einem Schnellwechselsystem mit Adaptern erweitern. Das ermöglicht eine deutliche Reduzierung des Portfolios an Werkzeughaltern, ohne an Funktionalität einzubüssen. Für statische Werkzeuge stehen zwei, für angetriebene Werkzeuge vier verschiedene Haltertypen zur Verfügung. Dank der Kompatibilität mit marktüblichen Revolverschnittstellen ist Sauter «SolidPro» zudem auch in bestehenden Maschinen nachrüstbar. Eines der herausragenden Merkmale von Sauter «SolidPro» ist die einfache Handhabung. Um einen Werkzeugwechsel durchzuführen, muss der Betätigungsbolzen am Werkzeughalter lediglich um 90 Grad gedreht werden. Dieser Drehvorgang ermöglicht das mechanische Spannen oder Lösen des Adapters, der das Werkzeug hält. Mit einer Einzugskraft von bis zu 10 000 Newton, die mit nur 20 Newtonmetern Kraftaufwand erzeugt wird, kann der Werkzeugwechsel direkt am Revolver erfolgen, ohne dass der gesamte Halter ausgetauscht werden muss. Dies spart wertvolle Zeit und minimiert Rüstzeiten erheblich.

Automatisierung leicht gemacht
Für die Serienfertigung bietet Sauter «SolidPro» zusätzlich die Voraussetzung, den Werkzeugwechsel vollständig zu automatisieren. Die Adapter sind mit HSK-Greiferrillen ausgestattet, die eine einfache Handhabung durch Roboter ermöglichen. Ein Werkzeugwechsel kann so innerhalb weniger Sekunden erfolgen – eine enorme Effizienzsteigerung in der Produktion. Das System ist dabei nicht auf Drehmaschinen beschränkt, sondern eignet sich für verschiedene Branchen, von der Metallbearbeitung bis hin zur Kunststoff- und Holzindustrie. «Mit Sauter ‹SolidPro› bieten wir unseren Kunden eine zukunftssichere und vor allem flexible Lösung. Der Kunde muss sich heute noch nicht entscheiden, ob er die Produktion zu einem späteren Zeitpunkt automatisieren möchte. Und wenn es so weit ist, hat er durch ‹SolidPro› die Möglichkeit, unkompliziert nachzurüsten. Passend zu unserem Slogan ‹designed for tomorrow›», erklärt Felix Schöller, Geschäftsführer der Sauter Feinmechanik GmbH.

Vorgefühlt: Sensoren für bedarfsgerechte Wechsel Mit «SolidPro» hat Sauter den Grundstein für zukünftige Anwendungsszenarien gelegt. Perspektivisch soll es möglich sein, Werkzeughalter und Revolver durch integrierte Sensoren als Gesamtsystem zu analysieren. Damit wird es möglich, den Werkzeugwechsel bedarfsgerecht durchzuführen. «Basierend auf Sauter ‹SolidPro› entwickeln wir ein System, mit dem es in ein paar Jahren möglich sein wird, Werkzeuge nicht mehr nach Verschleisstabellen, sondern nach ihrem tatsächlichen Zustand zu wechseln», erklärt Schöller. «Das Ergebnis soll eine noch grössere Kostenersparnis aufgrund effizient genutzter Ressourcen für unsere Kunden sein.»
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