Mehrspindler-BAZ - ans Werkstück angepasst

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Spindel-Analysetool erleichtert Inbetriebnahme und Überwachung

Motoren & Antriebstechnik

Mehrspindler-BAZ - ans Werkstück angepasst
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Mehrspindler-BAZ - ans Werkstück angepasst

Die neue mehrspindlige MFZ-Baureihe der Saalfelder Samag Group ist im Hinblick auf die Werkstückfertigung konsequent modular aufgebaut. So lassen sich die Maschinen exakt an die vom Kunden benötigten großen und mittleren Serien anpassen, was die Durchlaufzeiten reduziert. Wichtig dafür sind neben dem konstruktiven Aufbau vor allem hochwertige Komponenten wie die synchronen Motorspindeln der Siemens-Tochter Weiss Spindeltechnologie. Mit dem Sensor-Modul SMI 24 ausgestattet, werden zudem Inbetriebnahme und Überwachung der Spindeln einfach und übersichtlich.

In Großserienfertigungen der Automobilindustrie und zahlreichen anderen Branchen kommt es auf jede Sekunde Bearbeitungszeit an. Dementsprechend gilt es, Maschine und Werkstück optimal aufeinander abzustimmen. Dafür verfolgt die Samag Group mit ihrer neuen horizontalen MFZ-Baureihe einen besonderen Ansatz, wie Entwicklungsleiter Dirk Galler erklärt: „Wir erarbeiten gemeinsam mit unseren Kunden einen idealen Bearbeitungsprozess und stellen auf dieser Grundlage ein mehrspindliges Bearbeitungszentrum zusammen, mit dem wir den Anforderungen des jeweiligen Werkstücks optimal gerecht werden. Um dies zu ermöglichen, haben wir einen hochflexiblen, modularen Baukasten entwickelt, aus dem wir uns beim Konfigurieren einer kundenspezifischen Maschine bedienen.“

Die neue MFZ-Generation basiert auf dem sogenannten Fit 2 Part-Konzept und wird in vier Baugrößen angeboten, ergänzt durch zwei weitere „Stretch“-Varianten. Allen gleich ist das sogenannte Rock Solid Design – ein Maschinenbett mit Hydropol-Füllung, das sich insbesondere durch beste Steifigkeitswerte, Dämpfungseigenschaften und Wärmestabilität auszeichnet. Alle Modelle gibt es mit Kugelgewindetrieben oder alternativ mit Linearmotoren 1FN3 von Siemens – wenn höchste Präzision und Dynamik gefragt sind. Bei komplexen Bauteilen erweist sich zudem die kombinierte A/B-Achs-Kombination als vorteilhaft, da sie eine 5-Achs-Simultanbearbeitung ermöglicht.

Flexibel und hochgenau

Je nach Anforderung lassen sich in die MFZ zwei, drei oder vier Arbeitsspindeln integrieren. Dabei gelten zwei allgemeine Regeln: 
1.: Je höher die Kapazitätsanforderungen des Anwenders, desto sinnvoller ist es, drei- oder vierspindlige Varianten einzusetzen.
2.: Je höher die geforderte Genauigkeit der zu produzierenden eile, desto vorteilhafter ist der Einsatz der zweispindligen Varianten. 

Bei der zweispindligen Variante besonders interessant: Die Achsen X, Y und Z lassen sich unabhängig voneinander einstellen, da sie in der Maschine als Einheit um 90 Grad gedreht eingebaut sind und somit das gesamte Achsgewicht nicht auf der vertikalen Achse liegt. Laut Dirk Neubert, verantwortlicher Konstruktions-Gruppenleiter, erhöht dieser konstruktive Aufbau die Präzision und Korrigierbarkeit der Maschine deutlich und ermöglicht Genauigkeitswerte, die sonst nur einspindlige Bearbeitungszentren aufweisen. Der erfahrene Ingenieur erläutert dazu: „Die in der Praxis erzielbare Präzision und Oberflächengüte hängen natürlich wesentlich von dem Material und der Größe der Bauteile ab. Aber um ein Beispiel zu nennen – einer unserer Kunden stellt seine Werkstücke aus einem Gusseisenwerkstoff prozesssicher mit einer Fertigungsgenauigkeit von 5 μm und mit Oberflächengüten von Ra = 0,8μm her.“ 

Damit die neuen Mehrspindler von Samag neben der hohen Präzision auch mit entsprechender Produktivität überzeugen können, müssen alle Komponenten perfekt zusammenspielen. Dementsprechend geht der Maschinenbauer bei seinen Lieferanten keine Kompromisse ein und setzt beispielsweise Arbeitsspindeln des Innovationsführers Weiss Spindeltechnologie ein. Bereits seit 15 Jahren kooperieren die beiden Unternehmen regelmäßig, und auch bei der neuen MFZ-Generation haben sie gemeinsam flexible Lösungen erarbeitet, die sich bei gleichen Abmaßen durch unterschiedliche Leistungs- und Drehzahlwerte auszeichnen.

Als Standard-Spindel nennt Dirk Neubert eine synchrone HSK-A63 mit 26 kW Leistung, einem Drehmoment von bis zu 110 Nm sowie einer maximalen Drehzahl von 15.000 min-1. Werte, die laut dem Samag-Konstruktions-Gruppenleiter am Markt häufig gefordert werden. Als noch entscheidender bezeichnet er aber die hohe Zuverlässigkeit der Spindeln und die reibungslose Integration in das Maschinenkonzept. „Weiss hat in seinen Spindeln unser Samag-Montagesystem übernommen, was den Einbau deutlich vereinfacht“, berichtet Neubert. Er hebt zudem ein einzigartiges Feature hervor: „Die Spindeln verfügen über das sogenannte Spindel-Sensor-Modul SMI 24. Das gibt es definitiv nur bei der Siemens-Tochter Weiss.“

Das SMI 24 wurde gemeinsam von Weiss- und Siemens-Ingenieuren entwickelt und funktioniert im Zusammenspiel mit der Highend-CNC Sinumerik 840D sl und der Sinumerik 828D. Es handelt sich hierbei um ein Modul, das an die Spindel angebaut wird und zwei primäre Aufgaben erfüllt. Zum einen erleichtert es dem OEM die Inbetriebnahme der Spindel, zum anderen lassen sich im späteren Betrieb beim Endkunden wichtige Daten auswerten, die Rückschlüsse auf den Verschleißzustand erlauben

Dirk Neubert zeigt sich von dem innovativen Feature begeistert, denn allein die Vorteile bei der Inbetriebnahme gleichen die Mehrkosten nahezu aus. „Wenn wir die Spindeln in Betrieb nehmen, müssen viele verschiedene spindelspezifische Daten in die Steuerung übertragen werden. Das haben bislang erfahrene Monteure in aufwändiger Handarbeit erledigt. Eingabefehler, die dann wieder gefunden und korrigiert werden müssen, lassen sich dabei leider nicht ganz vermeiden“, erklärt Neubert und ergänzt: „Jetzt funktioniert die Adaption im Zusammenspiel mit modernen Sinamics-Umrichtern und der Siemens-CNC über ein einziges Kabel und ist ähnlich einfach wie das Anschließen einer Festplatte via USB-Port an den PC. Fehler sind somit ausgeschlossen.“

Technische Basis für diese Form des Plug-and-Play ist ein „elektronisches Typenschild“, das sämtliche Parameter der Spindel selbständig in die Steuerung einträgt. Laut Weiss-Vertriebsingenieur Georg Sauer werden darüber hinaus Signale aus dem Drehgeber und der Motortemperaturerfassung digitalisiert und an den Siemensantrieb übertragen. Sauer weiter: „Auch für die Einspeisung der Signale zum Werkzeugspannzustand und die Abfrage der Lösekolbenposition sind keine elektronischen I/O-Peripheriemodule im Schaltschrank nötig.“ Vielmehr werden auch diese Daten bereits in der Spindel digitalisiert und direkt auf definierte Nahtstellen in der Steuerung abgelegt. Damit wird die Wahrscheinlichkeit, dass bei der Signalübertragung Störungen auftreten, deutlich geringer.

Spindeldaten an jedem Ort der Welt auswerten 

Als weiteres Highlight des SMI 24 nennt Samag-Entwicklungsleiter Dirk Galler die permanente Überwachung des Spindel-Verschleißzustands. Denn das Weiss-Sensor-Modul zeichnet zahlreiche wichtige Daten auf: Temperaturverläufe, Laufzeit, durchgeführte Werkzeugspannungen, Drehzahl- und Drehmomentprofile, etc.. Diese lassen sich dann als übersichtliche Diagramme direkt am Bedienerpanel auslesen oder an beliebige andere Standorte exportieren. So können Meister, Instandhalter oder Produktionsleiter beispielsweise über das offene cloudbasierte IoT-Betriebssystem MindSphere von Siemens in ihrem Büro, im Homeoffice oder von jedem anderen Ort auf der Welt (mit Internetverbindung) Analysen durchführen, Trends ableiten und bei Bedarf entsprechende Maßnahmen einleiten. Dirk Galler dazu: „Auf diese Weise helfen wir unseren Kunden, Servicearbeiten im Vorfeld besser zu planen und ungeplante Maschinenstillstände zu verringern.“

Veröffentlicht am April 9, 2018 - (8918 views)
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