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Smarte CNC-Funktionen unterstützen Industrie-4.0-Konzepte

Maschinenleistung ausreizen

Mit „Smart Machining“ rücken Bearbeitungen näher an die Leistungsgrenze einer Maschine. Bild: Fanuc
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Mit den „Smart Machining Functions“ führt Fanuc seiner CNC-Steuerungen in Richtung Industrie 4.0. Diese Funktionen ermöglichen eine jeweils optimale Bearbeitung von Werkstücken durch adaptive, in Echtzeit folgende Anpassung von Technologiewerten wie Drehzahl oder Vorschub im laufenden Betrieb. Ergebnis ist ein ausfallsicherer Betrieb mit kürzeren Zykluszeiten bei gleichbleibender oder besserer Werkstückqualität.

Die unter dem Begriff „Smart Machining“ zusammengefassten Funktionen sind für die aktuellen CNC-Steuerungen der 3xiB- und 0iF-Series entweder optional erhältlich oder bereits fester Bestandteil des Leistungspaketes. Die Funktionen erfassen die Signaldaten aus dem Antriebsstrang einer Maschine, werten sie intelligent aus und regeln entsprechende technologische Parameter automatisch. Motorstrom, Drehzahl, Temperatur, Vibrationen – die Daten liegen im Servoantriebssystem vor und müssen nur mit geeigneten Algorithmen genutzt werden.

Gerade bei den immer kleiner werdenden Losgrößen kann die automatische Prozessunterstützung eine große Hilfe sein. Während ein Maschinenbediener bei ganz großen Stückzahlen eher Gelegenheit hat, die voreingestellten Parameter in einem beobachteten Prozess zu optimieren, wird bei geringeren Stückzahlen oder weniger häufig gefahrenen Prozessen oft zu viel „Sicherheitsabstand“ zu den möglichen Maximalwerten eingehalten. Das mindert aber die Produktivität einer Maschine. „Mit ‚Smart Machining‘ kann ich die Möglichkeiten einer Maschine ausreizen, ohne deshalb die Qualität der zu bearbeitenden Werkstücke zu mindern“, erklärt Bernhard Lusch, Vertriebsleiter CNC bei Fanuc Deutschland.
Regelung praktisch in Echtzeit
Da die Datenverarbeitung auf der Signalebene der Antriebseinheit im µs-Bereich geschieht, reagiert auch die Regelung unter praktischen Bedingungen in Echtzeit. Gerät eine Maschine beispielsweise bei einer Hochleistungszerspanung in einen thermisch kritischen Bereich, greift „Smart Thermal Control“ ein. Das System begrenzt die Leistung der Spindel, bevor das Antriebssystem thermisch an seine Grenzen kommt. Das hat in der Praxis zwei erfreuliche Aspekte: Zum einen kann die verfügbare Maschinenleistung voll ausgereizt werden. Zum anderen werden durch variierende Aufmaße und damit einhergehende geänderte Schnittbedingungen thermische Überlastungen vermieden.
„Smart Adaptive Control“, als weiteres Tool, passt Vorschubgeschwindigkeiten permanent an die realen Bedingungen an. So lässt sich beim Einstellen und Rüsten ein zeitkritisches Herantasten an Bearbeitungsparameter vermeiden – und die Maschine kann nahe an Leistungsgrenzen fahren.
Selbst vermeintlich ausgereifte Prozesse lassen sich im Technical Center (als Teil der neuen Fanuc Akademie) auf ihre Leistungsausschöpfung hin testen. Unter Praxisbedingungen werden Prozessparameter überprüft und mit Hilfe von „Smart Machining Functions“ optimierte Grenzwerte ausgelotet, um bessere Grundeinstellungen vornehmen zu können als zuvor.
Wie stark ein Prozess verbessert werden kann, hängt von der Ausgangslage ab. Bei sehr gut eingestellten Prozessen sind die „Gewinne“ kleiner als bei nur durchschnittlich gut ermittelten Parametern. Experten schätzen, dass sich Verbesserungen von 10 bis 20 Prozent erzielen lassen, sei es in Form kürzerer Zykluszeiten, sei es unter Qualitätsaspekten. „Die CNC bekommt durch ‚Smart Machining‘ Funktionalitäten, durch die Basisdaten wie Ströme, Temperaturen oder Beschleunigungen intelligent aufbereitet werden, dass unter Berücksichtigung eines Höchstmaßes an Zuverlässigkeit der Betrieb einer Werkzeugmaschine maximal ausgereizt werden kann“, so Lusch. „Zukünftig sollen solche gelernten Erfahrungen bzw. Daten nicht nur auf der Maschine selbst sondern auch im Rahmen der Fanuc Industrie 4.0-Umgebung – Field-System genannt – zur Verfügung gestellt werden.“ ■
Fanuc Deutschland GmbHwww.fanuc.de
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