Linearachssystem von Schunk für Haas-Schleifmaschine

Schleifscheibenhandling auf engstem Raum

| Redakteur: Silvano Böni

Das Schunk-Achssystem ermöglicht einen hochflexiblen, mannlosen Schleifbetrieb. Auf engstem Raum werden Schleifscheiben, Fräser und Kühlmittel­schutze kombiniert.
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Das Schunk-Achssystem ermöglicht einen hochflexiblen, mannlosen Schleifbetrieb. Auf engstem Raum werden Schleifscheiben, Fräser und Kühlmittel­schutze kombiniert. (Bild: Schunk)

Viel Potenzial auf kleinster Fläche: Haas erweitert die Einsatzmöglichkeiten seiner Multigrind-CA- und CB-Schleifmaschinen um ein vollautomatisiertes Kompaktmagazin für bis zu 70 Schleifscheiben und bis zu 20 Kühlmittelschutze. Ein einbaufertiges Linear­achssystem von Schunk ist dabei der Schlüssel für ein flexibles Schleifscheibenhandling auf minimalem Bauraum.

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 jahrelang 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. Haas Schleifmaschinen hat das Anliegen des Marktes aufgenommen 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.»

Einbaufertiges Achssystem nach Mass

Bis es so weit war, galt es eine besondere Herausforderung zu meistern: Das Magazin sollte eine möglichst kleine Grundfläche (2000 x 2400 mm) beanspruchen. Zugleich musste es ausreichend Raum bieten für eine grosse Zahl von Schleifscheiben mit Durchmessern zwischen 20 mm und bis zu 300 mm sowie für die entsprechenden Kühlmittelschutze, die passend zur jeweiligen Grösse mit den Schleifscheiben kombiniert werden. Der Kniff gelang mit einem individuell konstruierten, einbaufertigen Achssystem von 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 Sekunden. Der eigentliche Wechsel zur Maschine ist mit einer reinen Werkzeugwechselzeit von 10 Sekunden 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. Zwei vielzahngeführte PGN-plus-Universalgreifer übernehmen das variantenreiche Handling der Schleifscheiben und Kühlmittelschutze. Hierfür 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 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.

Zahme Greifer

Mensch-Roboter-Kollaboration

Zahme Greifer

22.09.17 - Die Befreiung der Roboter aus ihren Käfigen ist in vollem Gange. In wenigen Jahren wird die unmittelbare Kollaboration des Menschen mit dem Roboter ein fester Bestandteil der Produktions­automatisierung sein. Mit Hochdruck arbeitet Schunk daher an der Zähmung des Greifers für kollaborative Szenarien. lesen

Kompaktes Raumwunder

Das Linearsystem ist durch und durch auf Kompaktheit und Prozesssicherheit getrimmt: So übernehmen drei 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 5 m/s2 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. In Z-Richtung kommt eine leistungsfähige 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.

Grosses Standardprogramm

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 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.

Kurze Wege minimieren die Wechselzeiten

«Aufgrund neuer Schleifscheiben und Materialien verändern sich Schleifprozesse permanent», erläutert Geschäftsführer Thomas Bader. Vor allem die verbesserten Möglichkeiten mit Korund-Scheiben, die sehr genau abgerichtet werden können, hätten die Prozesse in den vergangenen Jahren deutlich beeinflusst. «Indem bei Haas Maschine, Automatisierung, Spannmittel und Software aus einer Hand kommen, können Anwender hocheffiziente Prozesse und µ-genaue Ergebnisse realisieren. Genau das schätzen unsere Kunden», betont Bader. Bezogen auf das Magazin heisst das: Individuell abgestimmt auf das jeweilige Teilespektrum werden die Werkzeuge und Kühlmittelschutze so magaziniert, dass für einen Wechsel möglichst kurze Wege erforderlich sind. Das Lagerhaltungskonzept wurde eigens von Haas entwickelt und kombiniert Werkzeuge und Schutze, die an fixen Positionen abgelegt werden, mit solchen, die chaotisch magaziniert sind. Die Integration des einbaufertigen Achssystems in die Maschine ist schnell und einfach erledigt. Sämtliche Pneumatik- und Elektro­anschlüsse sowie der Anschluss an die Zentral­schmierung der Schleif­maschine werden seitens Schunk bereitgestellt und müssen lediglich mit der Maschine verbunden werden. Um eine maximale Prozesssicherheit zu gewährleisten, wird die Stromaufnahme sämtlicher Achsen kontinuierlich überwacht.

Für die Zukunft erwartet Thomas Bader eine wachsende Bedeutung von derart flexiblen Systemen. Je härter und anspruchsvoller die Werkstoffe, desto stärker gehe der Trend zum Schleifen, da bei der Fräszerspanung immense Kosten für die Werkzeuge entstünden, stellt der Schleifexperte fest. Wenn dann grosse Teilefamilien, kurze Reaktionszeiten und ein hoher Schleifmittelverbrauch aufeinandertreffen, so dass viele Schwesterwerkzeuge bevorratet werden müssen, mache sich das grosse Schleifscheibenmagazin schnell bezahlt. SMM

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