Geringe Stellfläche durch kompakte Steuerungstechnik
Bild 02: Bei der Skalierung des Arbeitsbereichs der Micro5 XL auf Bauteile mit bis zu 120 mm Kantenlänge konnte Chiron auf das breite Portfolio an Standard-Automatisierungskomponenten von Beckhoff zurückgreifen und die bereits vorhandenen Programmierungen für Twincat 3 CNC und Twincat 3 HMI nutzen. (Quelle: Beckhoff)
Bild 03: Die zweikanaligen Servomotor-Ethercat-Klemmen ELM7212 zur Ansteuerung der Servomotoren AM8100 des Turmmagazins lassen sich platzsparend in jeden Ethercat-Klemmenstrang integrieren. (Quelle: Beckhoff)
Bild 04: Dieter Völkle (Vertrieb, Beckhoff-Niederlassung Balingen) mit Tobias Widinger, Systemingenieur Micro5 XL, Senior Product Manager Michael Wurster und Entwicklungsingenieur Jan Steppacher (alle Chiron Group SE) vor der Fünf-Achs-CNC. (v. l. n. r.) (Quelle: Beckhoff)
Bild 05: Die One Cable Technology (OCT) als Anschlusstechik für die Servomotoren AM8000 und AM8100 spart Montagezeit und Platz. (Quelle: Beckhoff)
Bild 06: Der Werkzeugwechsler wird per Servomotoren AM8100 über den zweiten Kanal der Twincat CNC geregelt. (Quelle: Beckhoff)
Der Platz für die Steuerungstechnik ist bei einer Aufstellfläche von lediglich 1,7 m2 für die komplette Werkzeugmaschine inklusive Peripherie (Kühlmittelanlage und Spänemanagement) knapp. Wertvollen Raum gewinnt Chiron u. a. mit der One Cable Technology (OCT) als Anschlusstechnik (Bild 5). Dazu M. Wurster: „Zusammen mit dem Multiachs-Servosystem AX8000 und den Servomotor-Ethercat-Klemmen hat dies den kompakten Aufbau erleichtert und zudem Zeit bei der Montage gespart.“ Und falls einmal eine Motorleitung auszutauschen wäre, gehe das mit OCT wesentlich schneller, als zwei getrennte Leitungen für Motor und Feedbacksystem neu zu verlegen.
Da bei der Entwicklung der Micro5 XL sehr auf ausgewogene Massenverhältnisse geachtet wurde, hatte das Upscaling keine negativen Auswirkungen auf das Regelungsverhalten. „Wir konnten bei der Auslegung der Antriebsachsen und -regler auf die Projektierungstools des Twincat 3 Motion Designer zurückgreifen und wurden beim Feintuning anhand der Bode-Diagramme und den von uns vorgegebenen Lastkollektiven von den Experten von Beckhoff sehr gut unterstützt“, bestätigt M. Wurster.
Schneller, präziser und feineres Finish
Im Endergebnis konnte Chiron bei der Micro5 XL nochmals Verbesserungen bei der Bearbeitung hinsichtlich Taktzeiten, Oberflächenqualitäten und Maßhaltigkeit im Vergleich zu marktüblichen Maschinen für die Bearbeitung dieser Bauteilkubatur erzielen. „Das liegt zum einen an der gleichmäßigen Massenverteilung zwischen Werkzeug und Werkstückseite und natürlich auch an der präzisen Regelung mit Twincat 3 CNC“, so M. Rapp. Einen weiteren wichtigen Aspekt für Serienmaschinenbauer wie Chiron skizziert D. Völkle: „Es ist langfristig von Vorteil, keine Sonderlösungen zu benötigen und alles mit Standard-Komponenten realisieren zu können.“
Als Steuerungsplattform der Fünf-Achs-CNC-Maschine nutzt Chiron einen Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6030, auf dem Twincat 3 CNC (TC1270) mit zahlreichen Technical Functions wie Twincat 3 CNC Spline Interpolation (TF5260), CNC Channel Pack (TF5230), CNC High-Speed-Cutting (TF1250), CNC Axes Pack (TC5220) und CNC Transformation (TF5240) installiert sind. Über einen Kanal der Software-CNC werden die Bewegungen der fünf Achsen und der Spindel interpoliert und synchronisiert; über den zweiten Kanal die Servoantriebe des Werkzeugwechslers (Bild 6). Die Bedienoberfläche der Micro5 XL basiert auf Twincat 3 HMI (TF2000) und der in C# programmierten CNC-Visualisierung für Werkzeugmaschinen. „Wir hören immer wieder von Kunden, wie einfach die Handhabung unserer Werkzeugmaschinen mit Twincat HMI von Beckhoff ist“, so M. Rapp, „eine Schweizer Uhrendesignerin hat sich die Programmierung selbst beigebracht und fräst ihre Entwürfe auf einer Micro5 eigenhändig.“
Effiziente Produktion dokumentieren
Für die Kontrolle der Bearbeitung nutzt Chiron Twincat 3 Analytics Logger (TF3500). „Über die Antriebsströme wollen wir die Zerspannungskräfte ermitteln und so die Spindel vor Überlast schützen“, so M. Wurster. Darüber hinaus überwacht ein Schwingungssensor die Werkzeugmaschine. Über eine Ethercat-Leistungsmessklemme EL34xx erfasst Chiron die Stromaufnahme und zeigt dem Bediener den aktuellen Energiebedarf in der Visualisierung an. „Im Vergleich zu anderen Maschinen, auf denen ähnliche Teile gefertigt werden, haben wir eine Energieeinsparung von rund 50 % und können das mit der Energiemesstechnik von Beckhoff auch belegen“, betont M. Rapp einen wichtigen Aspekt. Falls Anwender den CO2-Footprint ihrer Produkte bilanzieren wollen, können sie die Verbrauchswerte einer spezifischen Produktions-Charge zuordnen. Da verschiedene Industrieländer Effizienzmaßnahmen in der Produktion fördern, kann diese Funktion entscheidend für den Zuschlag sein. Auch haben viele Unternehmen eigene Effizienzprogramme aufgelegt, die über die gesetzlichen Vorgaben hinausgehen und von Zulieferern Angaben zum Energieverbrauch oder zu CO₂-Emissionen pro Bauteil verlangen. „Mit der Leistungsmesstechnik von Beckhoff lässt sich das einfach implementieren und mittels OPC UA an Energiemanagementsysteme oder MES übertragen“, so D. Völkle.
Chiron hat ein breites Spektrum unterschiedlicher Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren im Portfolio. Dazu M. Rapp: „Wir schauen uns sukzessive die verschiedenen Optionen an, die uns PC-based Control von Beckhoff erschließt.“
Literatur
- Chiron Group SE, Tuttlingen: www.chiron-group.com
- Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl: www.beckhoff.com/werkzeugmaschinen