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Zerspanung im XXL-Format

Großmaschinen stellen auch an die CNC-Steuerung große Anforderungen
Zerspanung im XXL-Format

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Mehrere Meter hoch und zig Meter lang – das sind die Dimensionen, in denen sich die Giganten unter den Werkzeugmaschinen bewegen. Die Werkstücke sind meist Teile aus Stahl oder Guss mit mehreren Metern Kantenlänge und einem Gewicht bis weit in den dreistelligen Tonnenbereich. Oft müssen sie präzisionszerspant werden, mit einer Genauigkeit von wenigen Hundertstel Millimeter. Daraus resultieren höchste Anforderungen an die Maschine und die eingesetzte CNC-Steuerung. Fanuc stellt sich ihnen mit den Highend-Serien 30i-A und 31i-A5.

Zu den großen Werkzeugmaschinen zählen zum Beispiel Bohrwerke, Portal- und Fahrständermaschinen. Sie werden in erster Linie in der Einzelteil- und Kleinserienfertigung eingesetzt und zwar quer durch viele Branchen: von der Energieindustrie, dem Werkzeug- und Formen-, Fahrzeug-, Schiffs- und allgemeinem Maschinenbau bis hin zur Luftfahrtindustrie. Die Anwender erwarten von den Maschinen meist hohe Zuverlässigkeit, Flexibiltität und Präzision. Da die Werkstücke – bedingt durch ihre Größe – fast immer lange Bearbeitungszeiten benötigen, rangieren Schnelligkeit und Maschinendynamik eher an zweiter Stelle der Erwartungen.

Auch für die CNC-Steuerung hat hohe Verfügbarkeit Priorität. Denn nichts ist schlimmer, als der Ausfall einer solch großen Maschine, die meist nur einmal im Unternehmen verfügbar ist. Desweiteren kommt es auf die Leistungsfähigkeit und Präzision der CNC-Steuerung an, die im Zusammenspiel mit hochwertiger Antriebstechnik die Qualität der zerspanten Werkstücke bestimmt.
Bei großen, komplexen Werkstücken, die zum Teil stundenlang in einer Aufspannung zerspant werden, zählen weniger ausgefeilte Bearbeitungsstrategien, die Zehntel Sekunden Bearbeitungszeit sparen. Wesentlich wichtiger ist eine komfortable Programmierung. Bei hoher Komplexität bevorzugen die meisten Anwender CAD/CAM-Systeme, um die entsprechend aufwändigen NC-Programme zu generieren. Aufgrund der Offenheit von Fanuc CNC-Steuerungen ist der Datenaustausch mit CAD/CAM-Software aller namhaften Anbieter problemlos möglich.
Auch einfache Werkstattprogrammierung erfreut sich großer Beliebtheit, sei es um dialoggestützt komplette Programme zu erstellen, oder auf möglichst einfache Weise Korrekturen am NC-Programm vornehmen zu können. Hohen Komfort bietet die Fanuc-Werkstattprogrammiersoftware Manual Guide i, die sich für Dreh-, Fräs- und kombinierte Bearbeitungen eignet. Sie ermöglicht zum einen die Dialogprogrammierung und unterstützt zum anderen das Programmieren in DIN ISO oder mit Makros. Zudem lassen sich diese Verfahren beliebig miteinander kombinieren. Sogar bereits vorhandene DIN ISO-Programme können eingefügt und weiterbearbeitet werden.
Schnelle Wiederaufnahme der Bearbeitung
Wenn die Bearbeitung viele Stunden dauert, wächst die Gefahr, dass ein Notfall eintritt, wie zum Beispiel ein Werkzeugbruch. Muss das Programm nach der Korrektur wieder von vorne gestartet werden, ist der Zeitverlust enorm. Für solche Situationen hält Fanuc die Quick Program Restart-Funktion bereit. Sie ermöglicht eine einfache Wiederaufnahme der Bearbeitung nach jeglicher Art von Unterbrechung. Die Funktion Workpiece Setting Error Compensation kann Messergebnisse als Korrekturfaktoren für die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge einbeziehen und vermeidet so bei der Wiederaufnahme der Bearbeitung Maßabweichungen gegenüber der ursprünglichen Aufspannung.
Über 2,2 Millionen Fanuc CNC-Steuerungen und über 10 Millionen Servomotoren wurden bislang weltweit installiert. So verfügt der Steuerungshersteller über viel Erfahrung – auch im Umgang mit großen Maschinen. Hier erachtet Fanuc ein partnerschaftliches Verhältnis für besonders wichtig, das im Idealfall schon bei der Maschinenentwicklung ansetzt. Denn Maschinen dieser Größenordnung werden meist individuell nach Kundenwunsch gefertigt. So ist zum Beispiel die Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine PR 150 der Union Werkzeugmaschinen GmbH Chemnitz, die an einen amerikanischen Maschinenbauer geliefert wurde, mit einer Fanuc CNC-Steuerung der Serie 31i-A5 ausgestattet.
Die PR 150 ist eine Horizontal-Bohr- und Fräsmaschine für die Schwerzerspanung von Großteilen. Sie eignet sich zur Bearbeitung von Maschinenteilen bis zu 6 m Höhe und kann in der Länge 30 m verfahren. Wesentliches Element der Fahrständermaschine ist ihr Tragbalken (RAM), der beidseitig geschlossen hydrostatisch geführt wird. Jede Hydrostatiktasche hat eine separat steuerbare Druckregulierung. Die Maschinenkinematik und die zusätzlichen Aggregate waren auch steuerungstechnisch eine Herausforderung, weshalb Union schon bei der Angebotsausarbeitung mit Fanuc CNC Deutschland kooperierte.
Zur Komplexität tragen verschiedene Elemente bei. Zum Beispiel der Tragbalken, der bis zu 1500 mm in Z-Richtung verfahren werden kann. Um eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten, muss dem drohenden Durchhang entgegen gewirkt werden. Durch die unterschiedlichen Köpfe und wechselbaren Aggregate verändern sich die Lastverhältnisse immer wieder. Das heißt, die Steuerung muss die Auswirkungen auf die Achsen wege- und lastabhängig kompensieren. Dazu sind bestimmte Steuerungsfunktionen notwendig, die Fanuc bereitstellt. Durch das Schwenken der Bearbeitungsebene werden außerdem weitere technologische Funktionen erforderlich, die in der Fanuc Fünfachs-CNC-Steuerung 31i-A5 standardmäßig vorhanden sind.
Sicherheit und einfache Bedienung
Bei Werkzeugmaschinen der Größe einer PR150 müssen die Bediener zum Einrichten den Arbeitsraum der Maschine betreten. Dies erfordert ein Sicherheitskonzept, das alle Achsbewegungen der Maschine berücksichtigt. Mit der Fanuc-Sicherheitsfunktion Dual Check Safety konnte Union seine Maschine gemäß der internationalen Sicherheitsklasse IEC 61508 SIL2 konfigurieren. Die redundante Softwarelösung ermöglicht einen sicheren und effektiven Einrichtbetrieb, bei dem die Motoren nicht komplett abgeschaltet werden müssen.
Ein weiterer anerkannter Spezialist für den Großmaschinenbau ist die Firma Schiess in Aschersleben. Für einen Auftrag nach Japan vertraute Schiess in Sachen Antriebs- und Steuerungstechnik auf die Partnerschaft mit Fanuc. Auszustatten war eine VTG 6 PS, eine Maschine mit nach hinten verfahrbarem Portal und zwei Drehsupporten. Der jeweilige RAM (Z-Achse) kann stolze 2600 mm weit ausgefahren werden. Beeindruckend ist auch die Planscheibe mit einem Durchmesser von sechs Metern, die einen Drehdurchmesser von bis zu sieben Metern erlaubt. Die maximale Drehhöhe liegt bei 5200 mm.
Die Vertimaster VTG 6 PS wird aufgrund der Vielzahl von Achsen und Spindeln von der Highend-Variante unter den Fanuc CNC-Steuerungen, der Serie 30i, gesteuert. Zu den Sonderwünschen von Mitsui Bussan Machine gehörten zwei getrennte Bedienstationen, von denen aus auf die CNC-Steuerung zugegriffen werden kann. Eine dieser Stationen besitzt ein zusätzliches Windows XP embedded System, das für eine komfortable Remote Diagnose auf PC-Technologie eingesetzt werden kann.
Ein Highlight ist der Plantisch-Antrieb, der direkt von vier 75 kW starken Spindelmotoren übernommen wird, die miteinander gekoppelt sind. Bei den eingesetzten Antrieben und Verstärkern handelt es sich um Fanuc-Standardprodukte. Das hat den Vorteil, dass diese Elemente ihre Zuverlässigkeit schon vielfach in der Praxis unter Beweis gestellt haben. Die mit bis zu 180 t Werkstückgewicht belastbare Planscheibe erreicht ein maximales Drehmoment von 343 kNm und eine Drehzahl von 49 U/min. Eine zweite Besonderheit wurde von Fanuc speziell für Schiess entwickelt: eine intelligente Abbrems-Regelung bei Netzausfall. Sie steuert die Abbremsrampe eines Motors ohne Zwischenkreisspannungsalarm bis zum Stillstand der Planscheibe.
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