Centerless-Schleifen in hoher Stückzahl für die Luftfahrtindustrie – Ein CNC-Upgrade setzt neue Massstäbe in Sachen Wirtschaftlichkeit

Vom Branchenkenner entwickeltes Modernisierungspaket zielt auf altgediente Maschinen ab, die noch tausendfach im Einsatz sind.

13/06/2013 – Teufen (AR), CH

Der britische Schleifspezialist RefreshEng hat eine überarbeitete Centerless-Schleifmaschine auf den Markt gebracht, die auf einer der weltweit am meisten eingesetzten Maschinen basiert. Bei der Softwareentwicklung setzte das Unternehmen auf die Unterstützung von NUM. Mit dem Upgrade erreichen die älteren Maschinen der Cincinnati-2-OM-Familie, die nun über eine NUM Steuerung mit Flexium-CNC-Kern verfügen, dieselbe Leistung wie modernste Centerless-Schleifmaschinen mit automatisierter Präzisionsbearbeitung – jedoch zu einem Preis, der rund 60 Prozent unter den Kosten für eine neue Maschine liegt.

Zunächst soll die neue, auf NUMs CNC-Technologie basierende Spitzenlos-Schleifmaschine in der Luftfahrtindustrie eingesetzt werden: Ausgestattet mit anwendungsspezifischer Software dient sie zur Automatisierung der Produktion der speziellen Befestigungselemente, wie Senk- und Halbrundkopfbefestigungen, die bei der Herstellung von Flugzeugrumpf und -motor verwendet werden.

Die CNC-Upgrade-Lösung von RefreshEng ist in vier Varianten mit drei verschiedenen automatischen Ladevorrichtungen erhältlich. Durch das auf NUM Technologie basierende Upgrade wird das ursprünglich hydraulisch-mechanische Bearbeitungssystem der Cincinnati-2-OM-Maschinen mit fixer Nocken-Messtaster-Steuerung auf ein modernes, softwarebasiertes CNC-System mit – je nach Kundenspezifikation – bis zu sieben von Servomotoren betriebenen Bewegungsachsen umgestellt.

RefreshEng hat im Zuge des Automatisierungsupgrades zudem eine Vielzahl hochentwickelter Funktionen integriert, die sowohl die Produktivität und Präzision steigern als auch die Bediensicherheit erhöhen: So genügen die Maschinen den höchsten Anforderungen. Zu diesen Features gehören beispielsweise akustische Sensoren, die die Abnutzung der Schleifscheibe automatisch überwachen und ausgleichen. Das Abstandsmesssystem dient überdies zur dynamischen Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe mit dem Ziel, Lücken zu vermeiden. Allein diese Funktion kann die Schleifzykluszeit für ein Los an Rohteilen unterschiedlicher Abmessungen um knapp 20 Prozent reduzieren. Die Bewegungssteuerung mit höherer Auflösung und die Fähigkeit, die Achsbewegungen zu interpolieren, verbessern nicht nur die Schleifgenauigkeit, sondern erweitern auch die Palette an schleifbaren Formen. Die Schleifscheibe wurde zur Unterdrückung von Schwingungen mit einem dynamischen Auswuchtsystem von Schmitt ausgerüstet. Zudem kann die Geschwindigkeit der Schleifscheibe an die verschiedenen Materialien der Werkstücke angepasst werden. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Auswahl an Ladevorrichtungen mit Fall-, Greifer- oder Frontbeladung, mit denen die zahlreichen Standardanwendungen im Bereich Spitzenlos-Schleifen automatisiert werden können. Das Einsatzspektrum der Ladevorrichtung mit Greifern umfasst Teile mit einer Länge zwischen 10 mm und 200 mm und einem Durchmesser von 3 mm bis 25 mm.

Die Idee zu diesem Projekt beruht auf der genauen Kenntnis der Centerless-Schleifindustrie, die RefreshEng seinen etablierten Tooling-Services für die Werkzeugbereitstellung im Vereinigten Königreich und im restlichen Europa verdankt. Viele Kunden von RefreshEng wollten die Steuerung ihrer Maschinen aufrüsten, den Durchsatz erhöhen und manuelle Bedienschritte komplett automatisieren, konnten aber keine geeignete technische Unterstützung dafür finden. RefreshEng erkannte diese Marktlücke, insbesondere für die gängige Cincinnati 2-OM, von der es allein im Vereinigten Königreich noch geschätzte 2000 Exemplare geben soll.

RefreshEng, dessen Mitarbeiterstab über grosse Erfahrung in der Konstruktion von Schleifmaschinen verfügt, hatte eine klare Vorstellung davon, wie der mechanische Aufbau modernisiert werden könnte. So galt es unter anderem die komplette Hydraulik durch eine Bewegungssteuerung mit Servomotoren zu ersetzen, was zahlreiche Anpassungen des Maschinenrahmens notwendig machte, wie beispielsweise neue Gussteile zur Montage der elektromechanischen Bauteile. Die grösste Hürde für Damian Clements, CEO von RefreshEng, bestand darin, einen CNC-Anbieter zu finden, der bereit war, sein Fachwissen im Bereich hochentwickelter Steuerungssystemsoftware mit dem Know-how von RefreshEng zu kombinieren. Um das Projekt auch unter finanziellen Aspekten tragfähig zu machen, musste der CNC-Lieferant zudem bereit sein, die Auszahlung der Rendite für seinen Entwicklungsaufwand erst einzufordern, wenn der Verkauf der Maschinen voll angelaufen war. Frühere positive Erfahrungen mit NUM veranlassten Clements dazu, das Projekt zuerst mit dem britischen Anwendungszentrum des CNC-Spezialisten zu besprechen. NUM machte das Angebot, als virtueller Partner einzusteigen, und liess seine eigenen Programmierer als Teil des Entwicklungsteams mit den Mitarbeitenden von RefreshEng zusammenarbeiten.

Basierend auf den von RefreshEng zur Verfügung gestellten Flussdiagrammen zur Veranschaulichung der geplanten Funktionalität der Maschine, konnten die Softwareentwickler von NUM die Steuerungslogik und die Visualisierungssoftware entwickeln. Im Rahmen der effizienten Zusammenarbeit der Ingenieure beider Unternehmen, die häufig per Fernzugriff auf den Prototyp via Internet erfolgte, wurde das neue Steuerungssystem realisiert und getestet. Obwohl die von RefreshEng gewünschte massgeschneiderte Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) scheinbar neu für diesen Maschinentyp war, schlossen die Softwareentwickler von NUM ihre Arbeit in kürzester Zeit ab: Sie benötigten lediglich drei bis vier Personenmonate. Ermöglicht wurde diese schnelle Entwicklungszeit durch die freie Programmierbarkeit der Flexium-Bedienoberfläche, die zielgenau an die Kundenbedürfnisse angepasst werden kann. NUM definierte nicht nur die Steuerungsstruktur, sondern nutzte die Programmierbarkeit der Flexium-HMI auch zur Entwicklung eines unverwechselbaren «look and feel» für die überarbeitete Maschinen-Steuerungssoftware. Zielsetzung: eine möglichst einfache Bedienung und die Schaffung eines Markengefühls für den Einstieg von RefreshEng in das obere Segment des Markts für Centerless-Schleifmaschinen.

Das erste Release der RefreshEng-Software ist ganz auf die Produktion von Befestigungselementen für die Luftfahrt zugeschnitten. Die Bediensoftware von NUM verwendet zur einfacheren Programmierung Dialogfenster, mit denen neue Schleifprofile in weniger als einer Minute erstellt werden können. Der Maschinenbediener ergänzt einfach Datenfelder in einer Reihe von Masken, die auch grafische Darstellungen der gewählten Befestigungsvariante beinhalten, und schon wird das Profil automatisch generiert. Während die Teile vollautomatisch produziert werden, führt die Maschinensoftware – ebenfalls automatisch – Servicemassnahmen durch, wie beispielsweise das Abrichten der Schleifscheibe.

Das Upgrade der Hardware umfasst neben dem effizienten Flexium-68-CNC-Kern von NUM ein FS152i-Touchscreen-Bedienfeld, eine Maschinenkonsole mit Handrad für Programmierung und Steuerung durch den Bediener sowie MDLU3-Antriebe und BPX-Servomotoren, die mit Absolutwertgebern ausgerüstet sind. Je nach Maschinenmodell werden die folgenden sieben Achsen mittels CNC gesteuert: Vorschub, Schwenken und Rotation der Regelscheibe, Vorschub und Schwenken des Abrichtgeräts, Rücklaufsperre und Querjustierung der Spindel.

«Dieses Projekt zeigt sehr anschaulich, wie NUM am liebsten arbeitet», so Steve Moore von NUM UK. «Unser Geschäftsmodell ist darauf ausgerichtet, kleinen und mittleren Maschinenbauunternehmen zu helfen, sich im Wettbewerb zu behaupten. Deshalb haben wir in eine dezentrale F&E-Struktur investiert, mit Hilfe derer Techniker auf der ganzen Welt vor Ort eingesetzt werden können. Und natürlich bringen wir die Bereitschaft mit, unsere CNC-Technologie auf die spezifischen Bedürfnisse unserer Kunden abzustimmen – ganz wie es bei diesem innovativen Modernisierungsprojekt der Fall war.»

«Das von uns entwickelte Flexium-Upgrade ist eine günstige CNC-Lösung, mit der die altbewährten 2-OM-Maschinen auf den allerneuesten Stand in Sachen Präzision, Programmierflexibilität und Automation gebracht werden können – signifikante Produktivitätssteigerung inklusive», erklärt Damian Clements, CEO von RefreshEng. «Im Vergleich zu einer neuen Maschine sind die Investitionskosten so gering, dass sich die Umrüstung innerhalb weniger Monate amortisieren kann: für viele Unternehmen in diesem hart umkämpften Markt ein entscheidendes Kriterium. Zudem wird das Spitzenlos-Schleifen mit der neuen Maschine komplett automatisiert: Das händische Eingreifen des Bedieners, etwa beim Beschicken oder bei der manuellen Endbearbeitung, ist überflüssig, und das ist ein echtes Plus in puncto Bediensicherheit.»