Auf dem Weg zu Industrie 4.0

Die Maschinen sind auf Benutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit ausgelegt, um den Mangel an erfahrenen Bedienern zu schließen

Für nahezu jedes Werkstück gibt es einen Schleifprozess, um die erforderliche Form- und Maßgenauigkeit zu erreichen. Medizinische Geräte, Schneidwerkzeuge und Automobilteile gehören zu denen, die direkt von der neuesten Maschinentechnologie und Automatisierung profitieren. Führende Schleifmaschinenbauer integrieren diese Fortschritte in der Spindeltechnologie, Steuerung und Software sowie Robotik in ihre Ausrüstung, um Produktionsanforderungen, engere Toleranzen und Endbearbeitungsspezifikationen zu erfüllen. Angesichts des Mangels an erfahrenen Schleifmaschinenbedienern und -technikern gestalten Maschinenbauer ihre Maschinen so benutzerfreundlich wie möglich und bauen Unterstützung für digitale Konnektivität auf, um Hersteller bei der Einrichtung, dem Betrieb und der Fehlerbehebung zu unterstützen.

Zu den Fortschritten von Anca Inc., Wixom, Michigan, gehören die Spindelwärmesteuerung, die Automatisierung zum Laden, Schleifen und Messen von Rohlingen, die mit einem Roboter verbunden sind, sowie Zahnradschleiftechnologie zur Herstellung von Schälfräsern und Nachschleifwälzfräsern. Laut Präsident Pat Boland optimiert das neu eingeführte Anca Integrated Manufacturing System (AIMS) die Schneidwerkzeugproduktion durch werksweite Industrie 4.0-Integration und Konnektivität. „AIMS umfasst alle wichtigen Unterstützungselemente, einschließlich der Hardware und der vollständigen Software-Suite, um die Informationsseite der Zelle zu unterstützen“, sagte er.

„Mit AIMS-Automatisierung können Kunden eine kontinuierliche unbeaufsichtigte Produktion erreichen, die die unproduktive Maschinenzeit drastisch reduziert, und eine intelligente Automatisierung, die sequentielle Werkzeugproduktionsprozesse in der gesamten Fabrik verbindet“, sagte Boland. „AIMS ist modular, konfigurierbar und erweiterbar konzipiert und kann stufenweise eingesetzt werden, was einen einfachen, schrittweisen und reibungslosen Übergang von der traditionellen Fertigung zur automatisierten und integrierten Fertigung ermöglicht“, erklärte er.

Zu den neuen Schneidwerkzeugschleifmaschinen von Anca gehört nach Angaben des Unternehmens die MX7 ULTRA, die für die Herstellung großer Mengen von Schaftfräsern und anderen Schneidwerkzeugen konzipiert ist. Das System beinhaltet neue Software, Hardware und Designfunktionen, erklärte Boland, um „bedeutende Fortschritte bei der Oberflächengüte, der Genauigkeit und dem Rundlauf der Steuerung zu erzielen und so eine Chargenkonsistenz vom ersten bis zum tausendsten geschliffenen Werkzeug zu gewährleisten“.

Die MX7 ULTRA verfügt über die zum Patent angemeldete Motor Temperature Control (MTC) zur Kompensation der Wärmeausdehnung an der Schleifspindel. Es verfügt außerdem über ein Nanometer-Steuerungssystem, neue Servosteuerungsalgorithmen für reibungslose Bewegungen sowie System- und mechanische Verbesserungen zur Verbesserung von Steifigkeit und Steifigkeit sowie prozessbegleitendes Messen, Auswuchten und Rundlaufausgleich für gleichbleibende Genauigkeit.

Für Hersteller, die den sich schnell entwickelnden E-Mobilitäts-Automobilmarkt für Schälfräser, Formfräser und Nachschleifwälzfräser erschließen möchten, bietet die Zahnrad-Werkzeugschleifmaschine GCX Linear von Anca eine Komplettlösung mit Temperaturregelung am Außenradabrichter sowie an der Schleifspindel . Zu den GCX-Funktionen gehören alle Achsen mit LinX-Linearmotoren, MTC an Schleifspindel und Abrichtspindel, integrierte Getriebewerkzeugmessungen und direkte Kompensation.

Boland nannte ein Beispiel für die Fähigkeit von GCX Linear, einen Double- oder Triple-A-Schälfräser in der Hälfte der Zeit zu schleifen, die normalerweise mit herkömmlichen Schleifmaschinen benötigt wird. „Die Steuerung der Spindeltemperatur mit MTC für die Zeit, die zum Schleifen des Fräsers erforderlich ist, ist wichtig, um Schwankungen bei den produzierten Werkzeugen zu reduzieren. Die Lasermessung des Scheibenverschleißes profiliert das Werkzeug zur Kompensation. Auf der Mikrometerebene möchte man keine durch Scheibenunwucht verursachten Vibrationen haben „, erklärte Boland.

Royal Master Grinders Inc., Oakland, NJ, ist ein Familienunternehmen, das seit mehr als 70 Jahren spitzenlose Schleifmaschinen herstellt. Das Unternehmen ist auf das spitzenlose Schleifen konventioneller Automobil- und Luft- und Raumfahrtteile sowie medizinischer Anwendungen spezialisiert. „Im Laufe der Jahre wurden wir mit vielen einzigartigen Teilen herausgefordert, darunter Knochen- und Schädelbohrer, Kanülen, Dilatatoren, Ballonkatheter, Katheterschäfte sowie spezielle Führungsdrähte“, sagte John Memmelaar Jr., Vizepräsident. „Wir haben auch mit vielen Produkten experimentiert, die noch nie einen menschlichen Körper gesehen haben. Während der Forschung und Entwicklung wurden sie auf Royal Master-Maschinen gemahlen und getestet, was zu medizinischen Innovationen führte, die Unternehmen bei der Entwicklung neuer Produkte und Prozesse unterstützten.“

Royal Master bietet eine breite Palette von Modellen auf Basis seiner TG-12x4- und TG12X8-Plattformen an. Es stehen verschiedene Genauigkeitspakete zur Verfügung, von einfachen bis mittleren Servozyklen bis hin zu High-Level-Systemen, die mit Toleranzen im Submikrometerbereich schleifen können. Der gemeinsame Nenner besteht laut Memmelaar darin, dass jede Maschine – von einfachen Systemen bis hin zu den komplexesten – vor der Auslieferung rund und gerade unter 1 Mikrometer schleift. „Mir wurde vor langer Zeit beigebracht, dass jede Viertelsekunde einen Unterschied macht, wenn man ein Produkt rund um die Uhr betreibt“, bemerkte er. „Unsere Herausforderung besteht darin, die gesamte Produktion aus unserer Ausrüstung herauszuholen.“

Da die medizinische Industrie nach stärker automatisierten Lösungen sucht, bietet Royal Master völlig betriebslose Systeme zum Schleifen von Kathetern, Führungsdrähten, orthopädischen Nadeln und anderen mikrobearbeiteten Komponenten an. „Wir haben jedoch Start-up-Unternehmen nicht vergessen“, fügte Memmelaar hinzu und wies darauf hin, dass der Hersteller solche Unternehmen bei der Entwicklung von Design-Prototypen und der Herstellung von Mustern und kleinen Produktionsmengen im Forschungs- und Entwicklungslabor von Royal Master unterstützt.

„Eine unserer wirklich coolen neuen Maschinen für Medizinprodukte dient dem vollautonomen Schleifen von Biopsienadeln“, schwärmt Memmelaar. Das Gerät verwende einen Roboter, um das Teil in der richtigen Ausrichtung zur Schleifscheibe zu bewegen, erklärte er, um die Abflachungen, Trokarformen und andere erforderliche Formen der Nadel zu schleifen.

Für die Automatisierung geringer Stückzahlen entscheidet sich Royal Master für einen weniger komplizierten Ansatz der Robotik und nutzt die kollaborativen Einheiten von Universal Robots, die jeder in der Werkstatt für Produktionsläufe ab 1.000 oder 2.000 Stück einrichten kann. Für Anwendungen mit größerem Volumen verwendet Royal Master einen Fanuc-Roboter mit einer Palette, die für ein Aufzugssystem ausgelegt ist.

„Bei Verwendung eines vertikalen Stapelsystems muss der Bediener niemals den Lichtvorhang oder den Sicherheitskreis unterbrechen, um Paletten hinein- oder herauszubewegen“, sagte Memmelaar. „Es ist sehr effizient. Der Bediener muss lediglich die Paletten austauschen“, erklärte er und wies darauf hin, dass die Messung und Kompensation des Raddurchmessers automatisch erfolgt.

Um der Herausforderung gerecht zu werden, erfahrene Schleifarbeiter zu finden, hat Royal Master seine interaktive Bedieneroberfläche benutzerfreundlich gestaltet. „Wir haben dafür gesorgt, dass die HMI der Schleifmaschine einfach zu navigieren und einzurichten ist, und haben Tutorials mit Vorschlägen und Verknüpfungen beigefügt, die den Bedienern helfen, ihre Daten zu speichern, sich mit der Maschine vertraut zu machen und Antworten auf alle Fragen zu erhalten, die sie haben könnten.“

Darüber hinaus bestückte das Unternehmen seine Maschinen mit detaillierten „Schleifrezepten“ für bestimmte Teile. „Wir haben viele Kunden, die möchten, dass wir ihre Einrichtungsblätter direkt in der Bedienerschnittstelle nachahmen, damit Bediener diese Einrichtungsblätter mit der Teilenummer und allen Parametern aufrufen können.“

Die Ursprünge der in Ferndale, Michigan, ansässigen Unison Corp. reichen bis in die späten 1950er Jahre zurück, als das Unternehmen seine DedTru-Vorrichtung erfand, die am Tisch einer Flachschleifmaschine befestigt wurde, um diese in eine zylindrische Schleifmaschine zum Rundschleifen umzuwandeln.

Die Anwendungen für die Maschine haben im Laufe der Jahre floriert. Tatsächlich gibt es laut Präsident Dave Swider heute weltweit etwa 10.000 DedTru- und TruFlute-Schleifmaschinen, die die Medizin-, Zahn-, Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Off-Highway-, Kunststoff- und Petrochemieindustrie bedienen. Die TruFlute-Reihe von Unison umfasst Werkzeugschneider und Gratschleifer, Schälschleifer und Stanzschleifer, die die für die Herstellung medizinischer Geräte erforderlichen engen Toleranzen einhalten können.

„Eine DedTru-Vorrichtung weist eine Konzentrizität von mindestens 50 Millionstel auf, was zu seiner Zeit revolutionär war“, sagte Swider. „Im Jahr 1977, etwa zu der Zeit, als die ersten Personalcomputer entwickelt wurden, installierte Unison einen programmierbaren Computer auf einer manuellen Schleifmaschine, was angeblich eine Premiere in der Branche war.

„Von da an haben wir drei-, vier-, fünf- und achtachsige Schleifmaschinen entwickelt und bieten dreiachsige Pick-and-Place-Autoloader/-Entlader für unsere Maschinen an“, fuhr Swider fort. „Bei einigen Modellen verfügen wir über eine Spindel mit zwei Enden, die eine 9. Achse bietet“, fügte er hinzu und führte aus: „Wenn Sie eine Spindel mit einem Schleifscheibenpaket von bis zu vier Scheiben an einem Ende haben, können Sie diese Spindel um 180 drehen.“ ° und auf der anderen Seite ein zweites Schleifscheibenpaket mit bis zu vier Scheiben verwenden.“

Die Kunden von Unison in der medizinischen Fertigung verwenden TruFlute-Schleifmaschinen zur Herstellung von Bohrern, Reibahlen, Schaftfräsern und einer Vielzahl von Spezialwerkzeugen wie Trokaren für den medizinischen Markt. Im September wurden auf der IMTS drei neue Modelle vorgestellt.

Das kleinste Modell ist das dreiachsige spitzenlose CNC-Schleifsystem Modell 2150 DedTru, das sich nach Angaben des Lieferanten ideal für die Vorbereitung von Rohlingen für die Herstellung von Schneidwerkzeugen eignet. Das Modell 2150 verfügt über die proprietäre Software und Steuerung von Unison, die es dem Bediener ermöglicht, das spitzenlose Schleifen individuell anzupassen, z. B. Durchlauf-, Einlauf- und Sekundäroperationen, einschließlich Tauchschleifen von Kegeln und Schleifen zylindrischer Teile mit einem Durchmesserbereich von 0,005 bis 5 Zoll ( 0,127-127 mm).

Das Modell 2150 ist in der Lage, Schleifscheiben im Zyklus abzurichten und dabei automatisch die Größe des Scheibenverschleißes auszugleichen. Unabhängig davon, ob ein einfaches flaches Rad oder ein kompliziertes Profil abgerichtet wird, kann das Abrichten automatisch während Schleifzyklen durchgeführt werden, die von einem Maschinenbediener gesteuert werden.

„Es ist ein völlig geschlossenes System“, sagte Swider. Das Modell 2150 ist eine dreiachsige Maschine mit AC-Servomotoren und Antriebsverstärkern von Yaskawa sowie Glasmaßstäben, während die Steuerungsrückmeldung eine automatische Verschleißkompensation ermöglicht. „Früher justierte ein Bediener, der sich mit Schleifen auskannte, die Maschine, indem er die Griffe bewegte. Heute nutzen die Bediener die CNC-Steuerung von Unison, um die Maschine automatisch in die Schleifposition zu bringen.“

Für Endbearbeitungswerkzeuge und das Anspitzen von Nuten bietet Unison das Modell 3000 mit zwei Spindeln und fünf Achsen CNC-Profilwerkzeug und Fräserschleifmaschine an. Laut Swider ist die Maschine für die schnelle Vorbereitung von Werkzeugrohlingen konzipiert und kann mit ihren direkt angetriebenen Spindeln mit 9.000 bis 10.000 U/min „in einem Durchgang schruppen und fertig schleifen“. Die neue EZ-Software von Unison ermöglicht es dem Bediener des Modells 3000, die Werkzeuggeometrie über eine benutzerfreundliche Oberfläche schnell anzupassen und/oder zu ändern, erklärte er, indem er lediglich Lücken ausfüllt und dann das Teileprogramm mithilfe des Echtzeit-3D-Teileprädiktors der Maschine überprüft.

Eine Computersteuerung überwacht kritische Maschinenfunktionen und warnt den Bediener bei Problemen beim Schleifen sowie bei der Verfolgung und Protokollierung von Fehlern. Das Modell 3000 kann über das Internet vernetzt und/oder überwacht werden und kann mit einer Fernbedienungsfunktion ausgestattet werden, um eine direkte Interaktion mit Unison-Technikern zu ermöglichen.

Die Schleifmaschine verfügt über AC-Antriebsverstärker und Servomotoren von Yaskawa sowie einen automatischen Pic-and-Place-Teilelader/-entlader für kontinuierliches Schleifen von Teilen. Das Modell 3000 ist mit einem Schaublin W25 pneumatischen Werkstückhaltesystem und einer präzisen Sondenbaugruppe ausgestattet, die nach Angaben des Unternehmens die Wiederholbarkeit der Teile garantiert.

Das sechsachsige CNC-Werkzeug- und Fräserschleifsystem Modell 9300 von Unison ist mit seiner direkt angetriebenen doppelseitigen Schleifspindel mit 21,5 PS (16 kW) für die schnelle und präzise Herstellung hochpräziser Bohrer, Schaftfräser und Reibahlen konzipiert. Das Modell 9300 verfügt außerdem über die neue EZ-Software von Unison mit der Funktion „Lücken ausfüllen“ sowie ein komplettes Softwarepaket und eine Bibliothek mit Werkzeugprogrammen.

Norton | Saint-Gobain Abrasives bietet eine breite Palette kundenspezifischer Schleifmittel an, um den Herausforderungen in den Märkten der Präzisionstechnik gerecht zu werden, darunter neue, schwieriger zu schleifende Materialien, strengere Endbearbeitungsspezifikationen und stärker automatisierte und kontrollierte Herstellungsprozesse.

Enthüllt auf der IMTS, Norton | Die Quantum Prime-Schleifscheiben von Saint-Gobain verfügen über ein proprietäres nanokristallines Keramikkorn, das nach Angaben des Lieferanten erhebliche Produktivitätssteigerungen in einem breiten Anwendungsspektrum ermöglicht. Das neue System liefert „außergewöhnlich hohe Schleifeffizienz und Teilequalität“, sagten Unternehmensvertreter, sowie eine deutlich längere Scheibenlebensdauer als herkömmliche Keramikkörner.

Auch die neuen Hochleistungs-Schleifscheiben Norton IDeal-Prime Innendurchmesser für Präzisionsanwendungen verfügen über die Körnung Quantum Prime. Die Kombination aus den Mikrobrucheigenschaften des neuen Keramikkorns von Saint-Gobain und der Retentionsfähigkeit der fortschrittlichen Bindung gewährleistet eine lange Lebensdauer der IDeal-Prime-Scheibe, eine hervorragende Schleifeffizienz und eine gleichbleibende Teilequalität mit überlegener Oberflächengüte, was zu höheren Kosten führt Einsparungen von 30 Prozent und mehr, behauptete das Unternehmen.

Die „Next Generation“-Diamantscheiben von Paradigm Plus verfügen über eine neue Premium-Körnungstechnologie, die eine spröde Metallbindung ergänzt und eine höhere Schleifleistung bei Hartmetall-Rundwerkzeugen und Umfangsschleifen bei Hartmetall- und Cermet-Einsätzen bietet. Diese Technologie erzeugt zusammen mit einem fortschrittlichen neuen Leichtbaukern eine geringere spezifische Schnittenergie mit einer um 25 bis 50 Prozent höheren Materialentfernungsrate (MRR), so das Unternehmen, und führt im Vergleich zu aktuellen Paradigm-Rädern zu einer deutlich verbesserten Scheibenlebensdauer. Für Rundwerkzeuge und Einsätze nutzen die neuen G-Force Plus Next Generation-Räder die Premium-Körnungstechnologie mit einer verbesserten Hybridbindung, was im Vergleich zu aktuellen G-Force-Rädern eine deutliche Verbesserung der MRR und der Scheibenlebensdauer bietet.

Das neue Norton Abrasive Process Solutions (APS)-Programm bietet maßgeschneiderte Schleifkompetenz, indem es Kunden dabei hilft, die optimalen Schleif- oder Endbearbeitungslösungen für eine bestimmte Verwendung zu ermitteln. Die Anwendungen reichen von einfach bis komplex, manuell oder automatisiert und für die Metallverarbeitung, das Produktionsschleifen und praktisch jeden Schleifvorgang. Das APS-Programm stützt sich auf das Wissen des Norton-Teams sowie auf den Zugriff auf 30 verschiedene Maschinen und eine hochmoderne APS-Roboterautomatisierungszelle, die den Kern des neuen APS-Programms im Higgins Grinding Technology Center in bildet Northborough, Massachusetts. Das APS-Team bietet Schleifprozessentwicklung, -optimierung, -automatisierung und interne Tests an. Die Dienstleistungen von APS umfassen das Testen und Optimieren neuer Schleifmittel, die Verbesserung von Qualität und/oder Durchsatz sowie die Erforschung völlig neuer und maßgeschneiderter Prozesse.

Die mikrostrukturierten technischen Schleifbänder NORaX N889 der nächsten Generation verfügen über ein präzises, flexibles Design zur Herstellung konsistenter, feiner Teileoberflächen für eine Reihe von Industrieanwendungen wie Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobil, Schifffahrt, Metallverarbeitung und allgemeine Metallbearbeitung. Nach Angaben des Unternehmens bieten die neuen Riemen eine bis zu 30 Prozent bessere Leistung im Vergleich zu anderen Riemen ihrer Klasse.

Die TQ- und TQX-förmigen Keramikschleifkörner, die laut Norton die längsten Keramikkörner der Branche bieten, sind für die Erzielung der höchsten MRR und des kühlsten Schnitts optimiert.

Für Automobil- und Lagerhersteller, die leistungsstarke Schleiflösungen für das Außenschleifen von Nocken- und Kurbelwellen sowie für Innenschleifanwendungen benötigen, bietet Saint-Gobain Abrasives Norton Vitron7 cBN-Schleifscheiben mit einer hochpräzisen keramischen Bindung an.

Für Zahnradhersteller ist die Xtrimium-Reihe von Zahnradschleiflösungen für das Hochleistungsschleifen von Zahnrädern in extremen Umgebungen mit engen Toleranzen konzipiert. Das Portfolio an Verzahnungsschleifprodukten ist speziell nach Kategorien konzipiert, um eine höhere Profilgenauigkeit, höchste Formbeständigkeit und verbrennungsfreies Schleifen bei Schnecken-, Profil- und Kegelradanwendungen zu gewährleisten. Das Highlight des Sortiments ist ein innovatives Doppelschneckenrad-Design, das zwei Arbeitsgänge in einer Schleifscheibe ermöglicht und so Zeit und Kosten erheblich spart.

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