Maschinenlösungen mit CNC-Automatisierung

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Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

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Steigerung der Bearbeitungsdynamik

Das Geheimnis produktiver Werkzeugmaschinen liegt hauptsächlich in der Fähigkeit der Vorschubachsen, hochdynamische Bewegungen unter hohen Genauigkeitsanforderungen auszuführen. «Advanced Position Control» (APC) ermöglicht es, durch aktive Schwingungsdämpfung die Dynamik der Vorschubachsen erheblich zu steigern. Das neue Verfahren APC stellt eine spürbare Erweiterung der klassischen P-Lage/PI-Drehzahl-Kaskadenregelung dar.

Mit APC lässt sich vor allem der maximale Achsruck (maximal zulässige Änderung der Beschleunigung) deutlich erhöhen. Herkömmliche Regelungen sind begrenzt durch die Resonanzschwingungen der Werkzeugmaschine. Tritt an der Maschine eine unerwünschte Resonanzschwingung der Maschinenmechanik auf, so wird durch die Reduzierung des Ruckwertes in der Steuerung deren Anregung vermindert. Die Reduzierung erfolgt solange wie notwendig, um die geforderten Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.

Durch eine gezielte Dämpfung dieser Resonanzschwingungen mit APC kann sowohl bei der Schlichtbearbeitung ein höherer Ruckwert als auch bei der Schruppbearbeitung eine höhere Zustellung ins Material eingestellt werden, was einer Steigerung der Produktivität gleichkommt. Weiter ermöglicht APC in der Regel eine deutliche Erhöhung der Lagereglerverstärkung (Kv-Faktor), was gerade bei Werkzeugmaschinen einen Qualitäts- und Produktivitätsvorteil nach sich zieht (siehe Abbildung).

Erreicht wird dies beim APC dadurch, dass aus den Messwerten der Geschwindigkeit an der Lastmasse die zu dämpfenden Frequenzen herausgefiltert und gegengekoppelt dem Geschwindigkeitssollwert überlagert werden.

Reduktion des Energie-verbrauchs der Maschine

Unterschiedlichste Untersuchungen zum Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen kann man wie folgt zusammenfassen: Bei Vorschubachsen und Spindeln lässt sich mit bereits heute verfügbarer Antriebstechnik ein hohes Effizienzniveau erreichen. Jedoch ist bei vielen Maschinen, insbesondere Universalbearbeitungsmaschinen, die installierte Antriebsleistung höher, als für die beim Kunden konkrete Bearbeitung erforderlich. Nebenaggregate wie Schaltschrankklimatisierung, Schmierung, Kühlmittelpumpe, Luftabsaugung, Späneförderer, Druckluftbereitstellung etc. führen zu einer hohen Grundlast von ca. 50 % des Anschlusswerts der Maschine – und damit bei Fertigungsunterbrechungen zu extrem unwirtschaftlichen Maschinenzuständen. Genauere Betrachtungen zeigen, dass Nebenaggregate zugunsten eines niedrigen Kaufpreises nur selten mit Motoren hoher Effizienzklassen oder darüber hinaus nur in wenigen Fällen über einen Frequenzumrichter angesteuert werden.

Zur Entwicklung zukünftiger energieeffizienter Werkzeugmaschinen bietet Siemens mit «Sinumerik Ctrl-Energy» dem Kunden keine Einzellösung, sondern ein breites Lösungsspektrum für den energieeffizienten Betrieb von Werkzeugmaschinen bestehend aus Antriebs- und Motorkomponenten, CNC- und Antriebsfunktionen, PC-Softwarelösungen sowie «Sinumerik Manufacturing Excellence»-Dienstleistungen.

Mit der einfachen und einprägsamen Tastenkombination «Ctrl» und «E» auf der Bedientafel ermöglichen die Sinumerik-Steuerungen eine schnelle Auswertung des Energieverbrauchs der Maschine sowie das Management des Energieverbrauchs in Stillstandszeiten. Die Antriebssysteme Sinamics S120 erlauben dynamisches Energiemanagement im Zwischenkreis und verfügen über eine hoch effiziente Netzrückspeisung. Damit wird die anfallende Bremsenergie nicht mit Bremswiderständen in Wärme umgewandelt, sondern vorerst im Zwischenkreis gehalten und optional ins Stromnetz zurückgespeist. Sinamics-Antriebe und Siemens-Motoren sind konsequent unter Energieeffizienzaspekten entwickelt worden. So erreichen die integrierten Antriebsmodule von Siemens einen Wirkungsgrad von sehr hohen 97 bis 99 Prozent. Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent bei Synchrontechnik und bis zu 91 Prozent bei Asynchrontechnik bildet auch das Motorenspektrum von Siemens eine Basis für besonders energieeffiziente Maschinenkonzepte.

Die Antriebssysteme Sinamics S120 ermöglichen automatische Flussabsenkung im Teillastbetrieb von Asynchronspindeln und verringern dadurch unnötige Verlustwärme. Mit intelligenten Ein- und Rückspeisemodulen der Umrichter Sinamics S120 kann die Blindleistung der kompletten Maschine vollständig kompensiert werden, so dass keine zusätzlichen kostspieligen Blindstromkompensationsanlagen beim Endanwender benötigt werden. Da zusätzlicher induktiver oder kapazitiver Blindstrom bis zur Höhe des Nennstroms des Active Line Module (ALM) vorgegeben werden kann, lässt sich mit Sinamics der gesamte Blindstrom einer Werkzeugmaschine kompensieren.

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