Beschleunigte Zahnradfertigung für Windturbinen durch CNC-Modernisierung der Wälzstossmaschine

Mithilfe der hoch entwickelten Software für Wälzstossmaschinen und der Hardware für die Bewegungssteuerung von NUM wurde eine alte Wälzstossmaschine mit manueller Steuerung auf heutige Steuerungsstandards gebracht. Die fünfachsige Maschine von Stanko wird nun durch ein NUM Axium Power CNC-System gesteuert, das durch Verfahren des elektronischen Getriebes die Rotationsfräse, den Zahnradrohling und die Hubachsen synchronisiert. Es umfasst ebenfalls ein innovatives und programmierbares Austauschsystem der Hubachse, das die Dauer für den Produktwechsel von Stunden auf wenige Minuten verringert und somit die Produktivität erheblich steigert.

Die Wälzstossmaschine wurde vom Unternehmen DePe Gear Company erworben, das sich auf den Bereich Entwicklung, Herstellung und Modernisierung von Zahnrädern und Getrieben für eine breite Palette von Industrie- und Wirtschaftsanwendungen spezialisiert hat. Dazu zählen u.a. die stahlverarbeitende Industrie sowie die Eisenbahn-, Bergbau-, Stein- und Luftfahrtindustrie.

Das Unternehmen betreibt in seinem Fertigungsbetrieb in Stoke-on-Trent eine beträchtliche Anzahl an Verzahnungs-, Wälzstoss- und Zahnradschleifmaschinen und ist bereits mit NUM vertraut, da 3 der aktuellen Verzahnungsmaschinen mit NUM Axium CNC-Systemen und NUMgear-Software ausgestattet sind. In diesem besonderen Fall kaufte DePe Gear Company ursprünglich die russische Wälzstossmaschine von Stanko für die Herstellung grosser Innenverzahnungsräder für die Windkraftindustrie und beauftragte das Werkzeugmaschinenbau-Unternehmen Euro CNC mit der Ausführung der erforderlichen Modernisierungsmaßnahmen. Euro CNC ist auf die Nachrüstung, den Umbau und die Aufrüstung von Maschinen spezialisiert. Hierbei werden häufig manuelle Maschinen mit CNC-Teil- oder Komplettsystemen ausgestattet. Daher arbeitet das Unternehmen eng mit NUM zusammen und bietet NUM den Zugriff auf die aktuellste CNC-Technologie, Steuerungssoftware, digitale Antriebe und Motoren.

In den letzten Jahren hat Euro CNC ein beträchtliches Fachwissen über Werkzeugmaschinen für die Zahnradfertigung erworben und bearbeitet mittlerweile eine breite Palette an Walzfräs- und Wälzstossmaschinen. Euro CNC hat schnell festgestellt, dass trotz der komplett mechanischen Betriebsfähigkeit der Maschine eine Ausstattung mit neuen Motoren und Antrieben, einschliesslich digitalen Hochleistungseinheiten für alle Achsen, in Kombination mit einem CNC-System, das für eine Flexibilität im Einsatz sorgt, sowie einer individuellen Bedienoberfläche als Ersatz für die veraltete mechanische Schaltanlage grosse Vorteile bringen.

Bei herkömmlichen Wälzstossmaschinen wird eine komplexe nockengetriebene „drehende“ Achsanordnung eingesetzt, bei der das Schneidewerkzeug während des Schnitts am Zahnradrohling entlang bewegt wird, wobei der Hub mit der Drehung des Werkzeugs und des Rohlings synchronisiert werden muss. Dieser Ansatz birgt zahlreiche Nachteile: Es werden bis zu drei Bewegungsachsen eingesetzt, wobei jede Achse einen Fehler aufweisen kann. Darüber hinaus ist die Einrichtung äusserst schwierig und zeitaufwendig und entspricht daher nicht den Anforderungen für einen schnellen und flexiblen Wechsel, den die moderne Fertigung verlangt.

Daher hat Euro CNC die Entwicklung einer vollständig neuen Form der Hubachse beschlossen, die auf einem vollständig programmierbaren Linearaktor basiert. Die Endstellung, Länge und Geschwindigkeit des Hubs können mithilfe der Softwaresteuerung beliebig geändert werden. Neben der Hubachse weist die Wälzstossmaschine drei Drehachsen auf, die für die Drehung des Schneidewerkzeugs und des Zahnradrohlings und den Rückzug des Schneidewerkzeugs beim Anstieg zuständig sind, sowie einen Linearpositionierer auf der Basis eines Motors und einer Kugelumlaufspindel, der den Zahnradrohling zum Schneidewerkzeug fährt. Sämtliche Achsen werden durch NUMDrive C-Servoantriebe und bürstenlose NUM-Motoren gesteuert.

Euro CNC hat sich für die Steuerung aller fünf Maschinenachsen für den Einsatz eines NUM Axium Power CNC-Systems entschieden, das mit einem industriellen PC von NUM und einem grossen berührungsempfindlichen Bildschirm vernetzt ist. Die Software enthält das leistungsstarke NUMgear-Paket von NUM, wird in diesem Fall jedoch hauptsächlich für die Bereitstellung der Funktionen des elektronischen Getriebes verwendet, um die Drehung des Schneidewerkzeugs und des Zahnradrohlings sowie die linearen Hubachsen zu synchronisieren. Die Bedienoberfläche für die Wälzstossmaschine wurde im Wesentlichen mit einer speziellen Version der PC ProCam-Software von NUM erstellt, die in Zusammenarbeit mit Euro CNC und der Niederlassung von NUM in den USA speziell für diesen Anwendungstyp entwickelt wurde. Da die Software eine hochgradig intuitive grafische Benutzeroberfläche, die allgemeine Begriffe des Wälzstossens verwendet, mit einer „dialogorientierten“ Programmierung kombiniert, kann sie äusserst schnell auch von Bedienern beherrscht werden, die mit CNC-basierten Maschinen nicht vertraut sind.

Die modernisierte Wälzstossmaschine von Stanko wurde kürzlich in den Niederlassungen von DePe Gear Company in Stoke-on-Trent aufgestellt. Abgesehen von geringfügigen Anfangsschwierigkeiten funktioniert sie einwandfrei. Nigel Parker, Technischer Leiter von DePe Gear Company, betont: „Wir setzen die Wälzstossmaschine bei einer Vielzahl von Innenverzahnungen, einschliesslich bei Stirnrädern für Getriebe von Windturbinen, und vielen Keilverzahnungen ein. Auch wenn es für quantifizierte Daten noch zu früh ist, sehen wir definitiv eine Verringerung der Zeiten für Einrichtung und Betrieb. Wie bei unseren anderen CNC-Maschinen besteht der grösste Vorteil in der enormen Vielseitigkeit des volldigitalen Ansatzes, der uns per Softwaresteuerung den problemlosen Wechsel zwischen den verschiedenen Zahnradtypen ermöglicht. Maschinenbediener müssen nicht mehr die Anzahl der geschnittenen Zähne zählen, sondern drücken einfach im Menü auf den entsprechenden Knopf, was zur Maximierung des Durchsatzes beiträgt.“

Tim Clarke, Leiter von Euro CNC: „Wir arbeiten nunmehr seit fünf Jahren mit NUM und wissen, dass die CNC-Produkte von NUM extrem zuverlässig sind. Wir profitieren auch vom hervorragenden Support der Niederlassungen in Grossbritannien und haben kürzlich dieselben Erfahrungen mit NUM USA gemacht. Bisher haben wir PC ProCam auf etwa 25 Maschinen installiert, und zwar eher auf Zahnradfräsmaschinen als Wälzstossmaschinen, und sind über das positive Feedback unserer Kunden hocherfreut.“

Steve Moore, Managing Director von NUM (UK) Ltd, sagt: „Wir sind in der Werkzeugmaschinenbranche seit 1987 tätig und haben seitdem viele Änderungen in dieser Branche erlebt. Wir sind stolz darauf, sowohl Herstellern/Umrüstbetrieben als auch Endbenutzern jederzeit professionelle Servicequalität zu liefern, wir unterstützen die gesamte Produktpalette von den alten Steuerungen der Serien 7xx bis hin zur aktuellen Flexium-CNC-Lösung. Unser Team von Ingenieuren verfügt über eine gemeinsame Erfahrung in Werkzeugmaschinen von über 100 Jahren.“