Werkstück-Handling

Andreas Mühlbauer,

Spannungsfeld Zerspanung

Besonders wenn es um komplexe Bauteile geht, sind hohe Flexibilität, Dynamik und Präzision gefordert. Mit einer neuen Baureihe gewährleistet ein Werkzeug-maschinenhersteller die prozesssichere Fräs-Dreh-Komplettbearbeitung. Im Handlingprozess ist die Werkstückautomation integriert, basierend auf Produktentwicklungen von Festo.

Mit dem Motion Terminal VTEM und der Motion App „Soft Stop“ bewegt sich die Werkzeugwechsleklappe schnell und gut gedämpft. © Festo

Wer im Bau von Maschinen zur abtragenden Fertigung ganz vorne mitspielen will, muss Lösungen entwickeln, die die Produktivität nachhaltig steigern. Auf dem Gebiet der Zerspanung sieht der Werkzeugmaschinenhersteller Stama in der Komplettbearbeitung eine Schlüsseltechnologie, die sowohl den Anforderungen der Serienfertigung als auch denen der Variantenfertigung gerecht wird. Den Widerspruch zwischen hoher Flexibilität und Produktivität aufzulösen, war bis dato scheinbar unvereinbar und gleichzeitig eine Herausforderung für die Entwicklungsarbeit des Unternehmens.

Dabei haben die Entwickler unterschiedliche Maschinenkonzepte auf den Prüfstand gestellt und mit der Baureihe MT 733 eine neue Generation von Fräs-Dreh-Zentren entworfen, deren vier Typen schwere Fräs-/Dreh- und Bohr-operationen hochdynamisch und hochpräzise, 5-achsig simultan in nur einem Set-up ausführen. Zu den schnellen Handling-Prozessen tragen vier kundenspezifische Lösungen von Festo bei: die neu entwickelte Lader-Achse ELGW, ein Hintergrundmagazin, das Festo Motion Terminal VTEM mit Motion App „Soft Stop“ und das Energieeffizienzmodul MSE6-E2M.

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Einbaufertige Lösungen

Die besonders widerstandsfähige Lader-Achse ELGW sorgt für eine zuverlässige Zufuhr des Futterrohlings und die Abfuhr des auf sechs Seiten fertig bearbeiteten Werkstücks. Mit ihrer Länge von bis zu 6 m bietet die elektrische Linear-achse mit Zahnriemen einen großen Spielraum für verschieden dimensionierte Automatisierungslösungen. Ihre hohe Stabilität und Laufleistung verdankt die Achse einem neuen Aluminium-Strangpressprofil mit „Clean Design“.

Mehr Flexibilität und Autonomie bietet das neue Hintergrundmagazin – zu den maschinenseitigen Werkzeugmagazinen mit 2×36/64 Plätzen lassen sich zusätzlich bis zu 256 weitere Werkzeuge bereitstellen. Wie die Lader-Achse wurde auch das Hintergrundmagazin eigens für die speziellen Anforderungen der MT 733 entwickelt, weil keine der marktüblichen Werkzeugmagazin-Lösungen die Anforderungen der Stama-Entwickler voll erfüllen konnten.

Zwei Doppelgreifer entnehmen parallel Werkzeuge aus dem Fräs-Dreh-Zentrum und wechseln die zuvor im Magazin aufgenommenen neuen Werkzeuge sekundenschnell. Das neue Festo-Flächen-Hintergrundmagazin ist als Baukastensystem konzipiert und lässt sich je nach spezifischen Kundenanforderungen individuell konfigurieren. Zur kundenspezifischen Auswahl durch Stama dient ein leicht zu bedienendes Konfigurations-Tool.

Motion Terminal

Kleine Klappe, große Wirkung – die Werkzeugwechselklappe trennt das Werkzeugmagazin mit den einzelnen Werkzeugen vom Bearbeitungsraum. Sie sorgt dafür, dass Ver- schmutzungen und Späne im Maschineninnenraum bleiben, und schützt damit das Magazin. Für die Entwicklungsingenieure von Stama stellte sich in der Konzeptionsphase der neuen Maschinen die Frage, wie sie die Klappe bewegen sollte, elektrisch oder pneumatisch.

Das Energieeffizienzmodul MSE6-E2M ist sparsam im Verbrauch und sicher im Prozess. © Festo

Ein elektrischer Antrieb wurde aufgrund des begrenzten Einbauraums und der erhöhten Kosten nicht realisiert. Gelöst wurde die Aufgabe durch Pneumatik mit Endlagendämpfung per App – das Festo Motion Terminal VTEM mit der Motion App „Soft Stop“. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Endlagendämpfung adaptiv steuern, per maximalem Gegendruck im genau richtigen Moment. Dies ermöglich einen schnelleren Werkzeugwechsel.

Komplettiert wird das Zusammenspiel der Festo-Automatisierungslösungen bei Stama durch das Energieeffizienzmodul MSE6-E2M. Es reduziert den Druckluftverbrauch durch aktives Eingreifen in die Versorgung, insbesondere während der Stand-by-Zeiten der Fräs-Dreh-Maschine. Darüber hinaus sorgt die Überwachung und Regelung zentraler Betriebsparameter wie Druck und Durchfluss für eine prozesssichere Produktion.

Bei Anlagenstillständen sperrt das Energieeffizienzmodul die Druckluftzufuhr automatisch und senkt so den Energieverbrauch. Auch kann es mittels vorab als kritisch definierter Druckabfall-Parameter selbstständig Leckagen im Leitungssystem erkennen und trägt so zu einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit bei. Die abrufbereiten Werte der Durchfluss-, Verbrauchs- und Druckmessung legen die Basis für ein intelligentes Energie-Monitoring. Für ein einfaches Arbeiten werden die Werte anwenderfreundlich visualisiert.

„Wir können heute nicht mit Bestimmtheit sagen, welche Werkstücke unsere Kunden in Zukunft mit unseren Fräs-Dreh-Zentren bearbeiten werden, weil ein sich ständig verändernder Markt mehr Individualität bei den Produkten und deren Fertigungsverfahren erfordert“, sagt Dr.-Ing. Frank Müller, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Stama.

„Eine der zentralen Herausforderungen heute und in Zukunft ist, hohe Flexibilität in den Prozessen vorzuhalten, gleichzeitig die Produktivität zu steigern und so maßgeblich die Stückkosten zu reduzieren. Vier übergeordnete Ziele haben wir deshalb bei der Neuentwicklung verfolgt: mehr Stabilität auf Basis einer höheren statischen und dynamischen Steifigkeit, höhere Dynamik mittels geringerer bewegter Massen, gesteigerte Präzision aufgrund thermischer Stabilität und ein Plus an Zuverlässigkeit, basierend auf einer besseren Maschinenverfügbarkeit“, sagt Müller.

Komplett bearbeiten in einem Set-up

Die neue Generation der Stama-Fräs-Dreh-Zentren kommt wie alle Vorgängermodelle auch ohne den klassischen Schwenkkopf aus – ein Vorteil der Stama-Milling-Turning-Technologie. Sie schwenkt den Stangenrohling bis zu einer Länge von 1000 mm und einem Durchmesser von 102 mm beziehungsweise den Futterrohling. Das Werkzeug selbst bleibt fixiert. Diese Vorgehensweise bietet bei komplexen Bauteilen und schwer zu zerspanenden Werkstoffen einen Stabilitätsvorteil durch reduzierte Lager-Kinematik. Durch die neue Portalbauweise der MT 733er mit der erhöhten thermischen, statischen und dynamischen Stabilität gewinnt der Zerspanungsprozess weiter an Präzision.

„Durch die automatische, hochpräzise Werkstückübergabe steigern wir neben der Präzision auch die Prozesssicherheit“, sagt Müller. Mit den vier MT-733-Typen bietet Stama sowohl für die flexible Variantenfertigung als auch für die hochproduktive Serienfertigung ein innovatives und zukunftsorientiertes Maschinenkonzept in der Komplettbearbeitung. Werkstücke, die in der Vergangenheit auf zwei oder mehr Maschinen fertig bearbeitet wurden, fräst und dreht die MT 733 mit den integrierten Automatisierungslösungen von Festo in einem einzigen Set-up.

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