Frischer Wind für Wälzfräser-Schleifmaschinen: Ein ausgereiftes CNC-Modernisierungspaket machts möglich

Zusammen mit NUM hat der Werkzeugmaschinenumrüster North East Technologies Inc. ein CNC-Modernisierungspaket entwickelt, das die Leistung von Wälzfräser-Schleifmaschinen früherer Generationen auf den Stand heutiger Geräte bringt. Dieses System sorgt für eine doppelt so hohe Genauigkeit und kann die Produktivität der Maschinen enorm steigern – 40 Prozent und mehr sind machbar. Die Modernisierung, mit der die Lebensdauer von Wälzfräser-Schleifmaschinen verlängert und deren Leistung signifikant verbessert wird, bietet Zahnradherstellern und Unternehmen, die im Werkzeugmaschinenservice tätig sind, eine äusserst kosteneffiziente Alternative zum Kauf neuer Maschinen.

North East Technologies ist auf die Wartung und Umrüstung von Wälzfräser-Schleifmaschinen spezialisiert und geniesst aufgrund seines umfassenden Know-hows auf dem Gebiet der Verzahnungsherstellung hohes Ansehen in der Branche. Einen nicht unerheblichen Anteil am Geschäft macht die Nachrüstung älterer Wälzfräser-Schärfmaschinen, wie etwa der in den 1980er-Jahren von Klingelnberg hergestellten Baureihen SNC 30 und AGW, mit modernen Steuerungssystemen aus. Um den Umrüstungsprozess zu beschleunigen, beschloss North East Technologies, ein leistungsstarkes «Standard»-CNC-Modernisierungspaket zu entwickeln, das leicht an die verschiedenen Maschinenkonfigurationen angepasst werden konnte.

Die meisten Unternehmen, die Verzahnungen herstellen oder Verzahnungsmaschinen warten, haben früher oder später auf eine Klingelnberg-SNC-30-Wälzfräser-Schärfmaschine zurückgegriffen. Das Einsatzspektrum dieser Maschinen umfasst Werkstücke bis 300 mm Durchmesser und das Schärfen von spiralgenuteten Wälzfräsern bis zu einer Tiefe von 90 mm. Sie gelten als Industriestandard, und allein in den USA sind Hunderte dieser Maschinen täglich im Einsatz, viele davon bereits seit 25 Jahren oder noch länger. Doch obwohl ihre Mechanik noch völlig in Ordnung ist, weist die Mehrzahl dieser Maschinen Alterserscheinungen auf. In Sachen Geschwindigkeit, Genauigkeit und Effizienz entspricht ihre Bewegungssteuerungshardware längst nicht mehr dem heutigen Standard – das macht sie zu einem wahren Flaschenhals in der Produktion. Die Zuverlässigkeit der Original-CNC-Systeme, in denen mittlerweile veraltete Bauteile verbaut sind, lässt immer weiter nach, sodass steigende Wartungskosten und längere Stillstandzeiten die Maschinen schliesslich unrentabel machen.

Bei der Wahl eines geeigneten Steuerungsanbieters für das Modernisierungspaket wurde die Entscheidung von North East Technologies stark von Kundenseite aus beeinflusst, denn viele verlangen bei der Umrüstung ihrer Maschinen nach CNC-Technologie von NUM. NUMgear, die Gesamtlösung zur Zahnradbearbeitung von NUM, ist in den Augen der Mehrzahl dieser Kunden das Beste, was die Branche zu bieten hat. Ein zusätzliches Plus sind die vor Ort am Hauptsitz der NUM Corporation in Naperville verfügbaren Entwickler, die auf Wunsch weitere Funktionalitäten integrieren können.

Harry Salverston, Geschäftsführer von North East Technologies, formuliert es folgendermassen: «NUMgear bot von Anfang an zahlreiche Funktionen, die wir für die Modernisierung der Wälzfräser-Schleifmaschinen benötigten, und war so die ideale Grundlage für unser Projekt. Die Bereitschaft von NUM, uns bei der Entwicklung anwendungsspezifischer Features, wie einer massgeschneiderten Bedienoberfläche und eines speziellen Maschinencodes, zu unterstützen, hat uns in unserer Entscheidung bestärkt. So ergänzte NUM unser Engineeringteam wirkungsvoll im Sinne einer zügigen Produktentwicklung.»

Der Umfang des CNC-Modernisierungspakets hängt von der Konfiguration der jeweiligen Wälzfräser-Schleifmaschine ab. Die Grundversion der SNC 30 ist standardmässig mit zwei CNC-Achsen ausgerüstet: der X-Achse für den Schleifspindelstockschlitten und der A-Achse für die Werkstückspindel. Zur Automatisierung der axialen (Y-Achse) und radialen (Z-Achse) Bewegung des Schleifspindelstocks können zwei zusätzliche Achsen eingebaut werden. Neben der Aufrüstung der Maschinensteuerung auf ein NUM-CNC-System werden beim Retrofit alle Motoren und Antriebe durch NUM Hochleistungs-Servomotoren und NUMDrive-C-Servoantriebe ersetzt. Die neuen Servomotoren sind mit hochauflösenden Drehgebern mit 262 000 Impulsen pro Umdrehung ausgestattet (im Vergleich zu den Drehgebern mit 1000 Impulsen pro Umdrehung der Original-Motoren), die für eine sehr viel genauere Geschwindigkeits- und Lagesteuerung sorgen.

Es wurde streng darauf geachtet, dass die Bedienoberfläche des CNC-Modernisierungspakets das bekannte «look and feel» des ursprünglichen SNC-30-Betriebssystems beibehält. Dank der Programmierung von Eingabemasken in Kombination mit kundenspezifischen Steuermakros muss sich der Maschinenbediener nicht mit unbekannter CNC-Terminologie herumschlagen, sondern kann einfach Parameter wie etwa die Nutlänge oder die Menge an abzutragendem Material eintragen. Jede Maske ist kontextsensitiv aufgebaut, um keine Unklarheiten aufkommen zu lassen. Wird beispielsweise ein Schleifzyklus mit einer CBN-Scheibe (also einer Schleifscheibe aus kubischem Bornitrid) angewählt, so öffnet sich ein Ordner, in dem lediglich Optionen für herkömmliches Tiefschleifen (engl. CDG) und Nutschleifen im Tiefschliff (engl. SDG)  verfügbar sind – das Abrichten ist ausgeschaltet. Mit Hilfe der Software kann der Bediener bei manueller Steuerung der Maschine zudem die verschiedenen Positionen der X-, Y-, Z- und A-Achse beibringen (Teach-in-Verfahren): So lassen sich Schleifzyklen für verschiedene Schärfmaschinen schnell und einfach einrichten.

Für eine noch höhere Flexibilität umfasst die Anwendung zahlreiche Wälzfräser-Schleifmethoden, wie etwa den Materialabtrag in einer oder beiden Verfahrrichtungen des Schleifspindelstocks. Im Fall der gerade genuteten Wälzfräser wird das Werkstück nach dem Schärfen einer Nut sofort zur nächsten Nut weitergeschaltet, und der Schärfprozess beginnt von Neuem. Mit der Dynamic-Operator-Funktion (DynOp) des Flexium-CNC-Systems kann der Maschinenbauer im Taktzyklus des Lageregelkreises kundenspezifische Achskopplungen oder Kompensationen in Echtzeit realisieren. Beim Schärfen von spiralgenuteten Wälzfräsern ermöglicht das einzigartige DynOp-Feature die Synchronisation der Drehachse (A-Achse) mit der X-Achse, sodass die Schleifscheibe dem Schrägungswinkel präzise folgt.