Der Betriebsleiter 11-12/2016

FERTIGUNGSTECHNIK Klaus

FERTIGUNGSTECHNIK Klaus Hertinger, Thomas Steiner, Dietmar Wallenstein Eine Werkzeugbau-Anlage zu realisieren, die ausdrücklich Vorbild-Status für andere haben soll, ist eine besondere Aufgabe. Nur modernste Maschinen mit intelligenter Steuerungstechnik kommen dafür in Frage. Für die Umsetzung aller Anforderungen mussten die Projektbeteiligten neue Wege gehen, weil dabei viele neue Funktionen bezüglich der Maschinen- und Steuerungstechnik zu entwickeln waren. Anlage mit Modellcharakter Auf verketteten Großmaschinen Blechumformwerkzeuge in einer Aufspannung komplett bearbeiten Daimler baut derzeit seinen Hightech- Standort Sindelfingen mit milliardenschweren Investitionen weiter aus. Als Teil der neu entstehenden, so genannten TecFabrik von Mercedes-Benz Cars, die als Kompetenzzentrum für innovative Produktionstechnologien dient und eng mit der Entwicklung verzahnt ist, wird auch der eigene Betriebsmittelbau weiter gestärkt: Im Jahr 2015 ist die neue „Fertigungszelle 3“ entstanden – als Try-Out-Center, an dem sich Blechumformwerkzeuge für die Außenhaut von Fahrzeugen nicht nur fertigen, sondern auch gleich erproben lassen. Über die grundsätzlichen Anforderungen von Daimler an höchste Genauigkeit, sichere Prozesse, Umweltschutz und Energie - effi zienz hinaus waren anspruchsvolle Ziele für das Projekt gesetzt: Als Teil der neuen TecFabrik geht es um vorbildhafte Technologien und Konzepte, wobei der Betriebsmittelbau mit der Bündelung von Werkzeugbau- und An lagenbaukompetenzen eine Schlüsselrolle einnimmt. Für die Umsetzung aller Anforderungen mussten alle Projektbeteiligten neue Wege gehen, weil dabei viele Dipl.-Ing. (FH) Klaus Hertinger, Dipl.-Ing. Thomas Steiner, beide Siemens AG, Digital Factory; Dipl.-Ing. Dietmar Wallenstein, Starrag Group, Dörries Scharmann Technologie GmbH neue Funktionen bezüglich der Maschinenund Steuerungstechnik zu entwickeln waren. Teamarbeit gefragt Die zur Starrag-Gruppe gehörende Dörries Scharmann Technologie GmbH ist unter dem Namen Droop+Rein für große Werkzeugbau- Sondermaschinen mit Wechselfräsköpfen bekannt; sie erhielt den Zuschlag, die Anlage mit entsprechenden Fertigungsmaschinen samt Zubehör auszustatten. Um die Bearbeitungsprozesse komplett simulieren zu können, war von vornherein festgelegt, dass die Maschinen mit CNCs des Typs Sinumerik 840D sl der Siemens AG ausgestattet sein müssen: Diese Steuerung fügt sich nahtlos in die künftig geplante Siemens NX-Prozesskette ein und gehört damit zu den Faktoren, die zur Prozesssicherheit beitragen. Um auch die Details in den Pflichtenheften erfüllen zu können, mussten die Maschinenkonstrukteure umfassenden Zugriff auf die Steuerungstechnik bekommen. Insofern war dieser Auftrag für Droop+Rein und Siemens der Startschuss zu einer engen Projektpartnerschaft. Maschinen fürs Grobe und Feine Die Anlage, die pünktlich Mitte Juli 2015 in Betrieb genommen wurde, umfasst zwei Portalbearbeitungszentren T 30 55 PT R75 C sowie zwei multifunktionale Hochgeschwindigkeitszentren in Gantrybauweise des Typs FOGS 50 68 PT M40 C. Ergänzt mit einem Palettentransportsystem für ein Werkstückgewicht bis zu 40 Tonnen sowie Roboterarbeitsplätzen usw. bearbeiten diese verketteten Großmaschinen die Blechumformwerkzeuge komplett in einer Aufspannung. Der Bearbeitungsprozess der gegossenen Rohteile startet am Portalbearbeitungszentrum. Diese Maschine bringt für die Schwerzerspanung eine Antriebsleistung bis zu 75 kW und ein Drehmoment bis 5500 Nm mit. Sie verfügt über sechs Fräsköpfe mit automatischem Wechsler plus ein Werkzeugmagazin auf Basis eines 7-achsigen Roboters. Diese Maschine übernimmt das Grobe – hier wird geschruppt. Die Fein- und Fertigbearbeitung etwa der Wirkflächen, die beim Pressen direkten Kontakt mit den Blechen haben, findet dann auf den Hochgantrymaschinen aus der Fogs-Baureihe statt. Sie sind jeweils mit vier automatisch wechselbaren Fräsköpfen ausgestattet, davon ein Gabelkopf für unterschiedliche Motorfrässpindeln. Prozess und eingesetzte Technik sind darauf ausgerichtet, dass die Teile mit möglichst wenig oder sogar komplett ohne Nacharbeit zum nächsten Schritt an die Try-Out-Presse gehen können. „Das haben wir umgesetzt und noch dazu gleichzeitig die Bearbeitungszeit des definierten 16 Der Betriebsleiter 11-12/2016

FERTIGUNGSTECHNIK Auf den verketteten Großmaschinen lassen sich die Blechumformwerkzeuge in einer Aufspannung komplett bearbeiten. Ein besonderes Feature ist die automatische Kinematikvermessung: Mittels des Messzyklus L9960 und der nachgeschalteten volumetrischen Kompensation CC_E996 lässt sich die Maschinenkinematik jederzeit überprüfen Abnahmeteils von 36 auf 25 Minuten reduziert“, so Ulrich Wiehagen, Vertriebschef und Werkleiter bei Droop+Rein. „Einen wichtigen Beitrag hierzu leisten die Oberflächen-Features der CNC.“ Genau und schnell durch intelligente Steuerungstechnik Unter dem Namen Sinumerik MDynamics hält Siemens Frästechnologiepakete bereit, die unter anderem die Bahnführung verbessern und damit zugleich für mehr Oberflächengenauigkeit und eine höhere Geschwindigkeit sorgen. Direkt zu sehen ist das am optisch ansprechenden Fräsbild; es zeigt sich aber auch bei Messungen, wenn etwa die Oberfläche konturgenau stimmt und ohne Nachbearbeitung auskommt. Die Maschinen der Fertigungszelle 3 sind mit dem aktuellsten dieser Fräspakete ausgestattet. Darüber hinaus kommen neueste mechatronische Motion-Control-Highlights zum Einsatz, um die Oberflächen zu verbessern und die Produktivität zu erhöhen. So zum Beispiel die modellbasierte Vorsteuerung Engineered Motion Control (EMC) sowie eine Nickkompensation (Nodding Compensation, Noco), die hier erstmals und mit großem Erfolg in Betrieb genommen wurden. Kinematikvermessung steigert Prozesssicherheit Erfolgreiche Projektarbeit: das Team von Daimler, der Starrag Group und Siemens Umweltschutz und Energieeffizienz Die Ausstattung der neuen Fertigungszelle 3 sollte nicht nur für eine einwandfreie und hochproduktive Erfüllung der eigentlichen Bearbeitungsaufgaben sorgen. Umweltschutz und Energieeffizienz waren weitere wichtige Themen. Die hohe Anforderung des Daimler-Gesamtprojekts, den Energieverbrauch um 40 Prozent zu reduzieren, ließ sich durch intensive Projektarbeit aller Beteiligten erreichen. Von der LED-Beleuchtung an der Maschine über die Ausstattung der Maschinen mit hocheffizienten Asynchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE3 von Siemens bis zur Blindleistungskompensation wurde an alles gedacht. Letztere ist nicht einfach eine voreingestellte Blindleistungskompensation herkömmlicher Art. Sie reagiert automatisch auf unterschiedliche Lastzustände der Maschine, die sich mit jedem Ein- und Ausschalten von Späneförderer, Aggregaten usw. ergeben. Kompensiert wird die Blindleistung also automatisch, permanent und fast vollständig. So ist der Stromverbrauch optimiert und die Energiekosten sind nahezu auf die Wirkleistung begrenzt. Maschinen mit Wechselfräsköpfen verfügen über eine komplexe Kinematik. Besteht zum Beispiel durch einen Temperatur - unterschied eine Unsicherheit bezüglich der Maschinengenauigkeit oder ist eine besonders heikle oder hochgenaue Bearbeitung vorgesehen, bringt die teilweise automatisierte Kinematikvermessung der Fräsköpfe die notwendige Prozesssicherheit. Mittels des Messzyklus L9960 und der nachgeschalteten volumetrischen Kompensation CC_E996 lässt sich die Maschinenkine matik jederzeit überprüfen – schnell, einfach, hochgenau und ohne Serviceeinsatz oder Spezialausrüstung. Mit dem Standardmesstaster und einer hochgenauen keramischen Kalibrierkugel ist der Maschinenbediener in der Lage, in weniger als einer Stunde einen Fräskopf reproduzierbar zu qualifizieren. Messtaster einwechseln, Kalibrierkugel aufsetzen, Programm aufrufen, automatisiert ausführen, Ergebnisse kontrollieren, Korrekturen ggf. übernehmen – fertig. „Unterstützung durch unseren Service ist nur dann erforderlich, wenn im Ergebnisprotokoll Ausreißer festgestellt werden, die außerhalb eines vorher festgelegten Vertrauensbereichs liegen“, erklärt Wiehagen. Für neue Systemapplikationen, wie die Umsetzung dieser erweiterten Kinematikvermessung werden die sogenannten Kinematischen Ketten vorausgesetzt. Dahinter verbirgt sich eine einheitliche Deklaration des Kinematikaufbaus. Was abstrakt klingt und für Anwender im Hintergrund bleibt, erleichtert die Realisierung weiterer künftiger Funktionalitäten und macht die Maschinen damit zukunftssicher. Einfaches Handling: Fahren in Werkzeugorientierung Die Möglichkeit, den Fräser samt Kopf in Werkzeugorientierung im Automatikprozess zu beeinflussen sowie im JOG-Betrieb zu verfahren, ist für Maschinenbediener eine enorme Erleichterung. Für die Umsetzung einer virtuellen Z-Achse in Werkzeugrichtung kam erstmals das Tool Coordinate System (TCS) bei den Droop+Rein- Maschinen zum Einsatz. Hinter den manuell gefahrenen Bewegungen eines Fräskopfes in Werkzeugrichtung erfolgt abhängig von der Orientierung eine Verteilung auf die Geometrieachsen. Denn mit einem Druck auf die Taste ± Z verfahren je nach Orientierung des Kopfes bis zu drei Achsen gleichzeitig. Das Hantieren in Werkzeugorientierungsrichtung ist auch im Automatikprozess erforderlich. Dafür wurde die Funktion Tool Offset (Toff) ergänzt. Bei der Unterbrechung des Automatikprozesses auf manuellen Betrieb lässt sich einfach in Werkzeugrichtung von der Kontur weg und später zielgenau wieder an die eventuell korrigierte Ausgangsposition zurückfahren (Repos). Modernes Service- und Wartungskonzept Droop+Rein hat zudem ein modernes Service- und Wartungskonzept umgesetzt. Das hier realisierte Condition Monitoring basiert auf Analyze MyCondition aus der Softwaresuite Sinumerik Integrate. Zustand und Qualität der Werkzeugmaschinen werden damit überwacht, der reibungslose Maschinenbetrieb unterstützt, ungeplante Ausfälle auf ein Minimum begrenzt. In Nullkommanichts auf drei Nachdem die Fertigungszelle 3 im Juli in Betrieb gegangen ist, konnte bereits Anfang August 2015 der Drei-Schicht-Betrieb aufgenommen werden. Auf das Ergebnis sind alle Beteiligten stolz. Die Zusammenarbeit war nicht nur erfolgreich, sondern sie wurde während des Projekts auch als unkomplizierter, partnerschaftlicher und unbürokratischer Austausch gelebt. Bilder: 1+3, Dörries Scharmann Technologies GmbH, Droop+Rein, 2 Daimler AG www.siemens.de/sinumerik www.starrag.com www.daimler.com Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit Der Betriebsleiter 11-12/2016 17