Fräsmaschine

Fräsmaschine für die Smart Factory
Fräsmaschine für die Smart Factory

Fräsmaschine für die Smart Factory

Serienfertigung in Hochgeschwindigkeit bis Losgröße 1

Die kompakte vierachsige CNC-Fräsmaschine ist ein kleines Wunderwerk zur wirtschaftlichen Produktion von Klein- und Großserien. In einer modular aufgebauten intelligenten Fabrik ermöglicht sie die automatisierte Fertigung von Kleinteilen aus Metall in Hochgeschwindigkeit – mit einem automatischen Werkzeugtausch und einem mit Werkstücken bestückten Aufspannwürfel.

Die Maschine wurde von der Firma Marquart engineering GmbH, einer deutsch-chinesischen Entwicklungsgesellschaft, zur Bearbeitung von Aluminium, rostfreiem Edelstahl und Glas entwickelt.

Das Maschinenkonzept ist für die Verkettung mehrerer Maschinen ausgelegt und ermöglicht die Kommunikation mit übergeordneten Systemen. Die vertikale und horizontale Vernetzung ist durch den Einsatz unserer Technik einfach und flexibel umsetzbar. Daher können Sie die Fräsmaschine als Baustein für Industrie 4.0 verwenden.

Wir stellen Ihnen die wesentlichen Komponenten dieser Lösung vor, die im Zusammenspiel diese Vorzüge gewährleisten. Sie haben Fragen? Kontaktieren Sie uns unter: fraesmaschine@balluff.de

  • Hochpräzision für die Positions- und Drehzahlüberwachung

    Ein Messsystem für alle Achsanwendungen

    Die äußerst präzise Positions- und Drehzahlüberwachung gewährleisten unsere hochauflösenden magnetkodierten Wegmesssysteme BML an unterschiedlichen Positionen: den Bearbeitungsachsen x, y, z und B.

    Die hochgenauen magnetkodierten Wegmesssysteme, die aus einem Sensorkopf und einem Maßkörper bestehen, messen berührungslos, sind verschleißfrei und benötigen im Gegensatz zu teuren optischen Systemen keine Schutzmaßnahmen. Sehr robust und unempfindlich gegen Staub, Öl und Ablagerungen gewährleisten diese hohe Betriebssicherheit zum kleinen Preis. Sie sind für hohe Beschleunigungen geeignet und unempfindlich gegen Vibrationen und Schwingungen. Dies war für den Konstrukteur entscheidend.

    Für den Maschinenbauer war es höchst attraktiv, ein Messsystem für alle Achsanwendungen verwenden zu können. Denn die Endmontage der einzelnen Systemkomponenten folgt demselben Prinzip und vereinfacht so die Serienfertigung sowie die Inbetriebnahme der Maschine wesentlich.

    Hochpräzision für die Positions- und Drehzahlüberwachung

    Magnetkodierte Wegmesssysteme bieten hohe Betriebssicherheit.

  • Exakte Drehung des Werkstückhalters gewährleisten

    Optimale Regelqualität für den Torquemotor

    Zur effizienten Bearbeitung der Werkstücke wird ein vierseitiger Werkstückträger verwendet, der auf jeder Seite Werkstücke mit sich führt. Um die Werkstücke fürs Fräsen nacheinander richtig zu positionieren, wird dieser mit einem Torquemotor um 360 Grad endlos gedreht. Dazu überträgt ein induktiver Koppler die Energie über einen Luftspalt berührungslos. So sind Kabelverschleiß und Kabelbruch kein Thema.

    Die hochdynamischen, superschnellen und genauen Verfahrbewegungen kontrolliert ein inkrementelles BML S1F mit Ringmaßkörper, das in der Lagerung der Drehachse integriert ist. Seine hochpräzisen Messergebnisse ermöglichen die optimale Regelqualität und liefern so ein exaktes Positionsfeedback, sodass der Antrieb maximal ruhig läuft.

    Der Konstrukteur profitiert von der kompakten Bauform, dem großen Luftabstand von Sensorkopf und Maßband sowie der Magnetisierung auf dem kundenspezifischen Funktionsteil. Durch die optimale Integration in die Maschinenkonstruktion wird ein großer Messradius und damit eine sehr hohe Auflösung realisiert.

    Exakte Drehung des Werkstückhalters gewährleisten

    Ein Torquemotor sorgt für die Drehung des Werkstückhalters.

  • Werkzeughalter sicher verriegeln und lösen

    Mit Elektromotor: leistungsstark, energieeffizient, einfach zu überwachen

    Im Elektromotor, der den Werkstückhalter löst, sitzt in der Spannvorrichtung eine Absolutscheibe. Ihr präzises absolutes Messsignal, das nach dem Einschalten sofort vorliegt, zeigt die genaue Position der Spannvorrichtung ohne Referenzfahrt.

    Um keine Hydraulik und keine Pneumatik zu benötigen, wurde auf die elektrische Antriebstechnik gesetzt. Diese bietet eine große Leistung, ist energieeffizient und zugleich gut zu überwachen.

  • Spannwegüberwachung des Werkzeugs

    Für einen automatisierten Werkzeugwechsel und die prozesssichere Bearbeitung

    Die Spannwegüberwachung des Werkzeugs übernimmt unser induktives Positionsmesssystem BIP. Dieses kontrolliert über ein Stahltarget den aktuellen Spannzustand. Durch diese unmittelbare Information ist der Werkstückhalter immer sicher verriegelt.

    Verschmutzungsunempfindlich bietet das Positionsmesssystem auch bei einer hohen Verfahrgeschwindigkeit eine sichere Positionskontrolle mit hoher Wiederholgenauigkeit. Der automatische Werkzeugwechsel und die prozesssichere Bearbeitung sind so zuverlässig gewährleistet.

    Diese Lösung ist wirtschaftlich und überzeugte auf Anhieb.

    Spannwegüberwachung des Werkzeugs

    Das Positionsmesssystem bietet die sichere Positionskontrolle mit hoher Wiederholgenauigkeit.

  • Energie für Sensorik und Ventilinsel berührungslos übertragen

    Für eine hohe Anlagenverfügbarkeit

    Für die Energie- und Signalübertragung sorgt ein induktiver Koppler BIC. Damit werden im Werkstückhalter die induktiven Sensoren abgefragt und die Ventilinsel gesteuert.

    Unser induktiver Koppler ist ideal für bewegte Maschinenteile. Denn der berührungslose Übertrager schickt sowohl Energie als auch Signale sicher und verschleißfrei über einen Luftspalt und unterstützt so eine hohe Anlagenverfügbarkeit.

    Durch seine IO-Link-Schnittstelle funktioniert er bidirektional und übermittelt Daten in beide Richtungen. Damit gelingt es, gleichzeitig die Aktorik anzusteuern und Sensorsignale einzusammeln.

    Da die schnell trennbaren Einheiten durch Plug-and-Play einfach zu handhaben sind, können neue Anforderungen wie Werkzeugwechsel in kurzer Zeit umgesetzt werden. Dies ermöglicht hohe Taktraten und steigert die Flexibilität der Abläufe.

  • Werkstückhalter auf Bearbeitungsachsen positionieren

    Optimale Regelqualität für den Linearantrieb

    Um den Werkstückhalter auf den drei Bearbeitungsachsen genau zu positionieren, gewährleisten die magnetkodierten Messsysteme BML S1F die optimale Regelqualität des Linearmotors.

    Zudem kann der Maschinenbauer die kompakten Systeme schnell und flexibel montieren. Denn das Handling ist einfach und ermöglicht viel Spielraum. Weiterer Vorteil des Systems: Die Maßbänder lassen sich sogar vor Ort individuell konfektionieren.

  • Achsen des Werkzeugwechslers exakt positionieren

    Für den schnellen Werkzeugtausch

    Die exakte Positionierung des Werkzeugwechslers auf der x-,y-,z-Achse überwacht ein inkrementelles lineares Wegmesssystem BML S1F. Dies ermöglicht den schnellen und zuverlässigen Werkzeugtausch. Denn die gewünschte Wechselposition ist stets gewährleistet.

    Wird das Direktmesssystem BML mit einer einfachen Kugelrollspindel und einem Zahnriemen kombiniert, ermöglicht dies eine hohe Genauigkeit zu einem sehr guten Preis.

    Achsen des Werkzeugwechslers exakt positionieren

    Hochpräzision wirtschaftlich gelöst: Das Messsystem wird mit einer einfachen Kugelrollspindel und einem Zahnriemen kombiniert.

  • Kühl- und Schmiermittelversorgung sicherstellen

    Kontinuierliche Erfassung des Füllstandwerts

    Ultraschall-Füllstandssensoren mit IO-Link-Schnittstelle stellen die zuverlässige Versorgung der Fräsmaschine mit Kühl- und Schmierstoffen sicher. Kontinuierlich erfassen die Sensoren den genauen Füllstandwert der Prozessflüssigkeiten und geben ihn digital in hoher Signalqualität an die Steuerung weiter. So werden Min- und Max-Wert verlässlich eingehalten.

    Durch IO-Link hat der Maschinenbetreiber stets den Überblick. Denn der Kommunikationsstandard liefert kontinuierlich sowohl Prozessdaten als auch Diagnoseinformationen.

  • Spannungsversorgung der Sensorik und Ventilinsel

    Mit Condition Monitoring

    Produktfinder

    Die Spannungsversorgung übernimmt ein IP67-Netzgerät mit IO-Link, das direkt im Feld unter rauen Bedingungen eingesetzt werden kann und sich so hervorragend für die dezentrale, schaltschranklose Installation eignet. Durch IO-Link kann das Netzgerät aus dem Leitstand komfortabel überwacht und so auch an schwer zugänglichen Stellen eingebaut werden.

    Durch die Heartbeat®-Funktion kann der Maschinenbetreiber Verschleißfaktoren kontinuierlich überwachen. Es zeigt Last und Belastung (Stresslevel) sowie die Strombelastung (Loadlevel) an. Zusätzlich gibt die Lifetime-Anzeige einen Hinweis auf die verbleibende Lebensdauer. Unerwartete Ausfälle mit Produktionsunterbrechung sind daher Vergangenheit.

  • Betriebszustände anzeigen und überwachen

    Zusätzliche Sicherheit für den Maschinenbetrieb

    Produktfinder

    Um verschiedene Betriebszustände überwachen und unterschiedliche Stadien kontinuierlich überprüfen zu können, entschied man sich für die LED-Signalsäule SmartLight. Denn ihr Farbspektrum ermöglicht detaillierte Anzeigen und signalisiert zudem Tendenzen und Verläufe von physikalischen Größen. Dabei ist ihr Handling einfach unschlagbar. Modi und Farben können im laufenden Betrieb, das heißt ohne mechanischen Umbau, gewechselt werden. Und ihre Farben und Zonen sind in Anzahl, Größe und Farbdefinition individuell parametrierbar. Dies alles durch ihre IO-Link-Schnittstelle.

    So zeigt die SmartLight an, wie lange es bis zur nächsten Wartung der Maschine dauert. Über die Blinkfrequenz ist ablesbar, ob der Teilespeicher noch genügend Teile zur Bearbeitung vorhält. Und die Füllstandsanzeige signalisiert, wie viel Schmierstoff vorliegt und wann der Behälter nachzufüllen ist. Dies gibt zusätzliche Sicherheit beim Maschinenbetrieb.

    Betriebszustände anzeigen und überwachen

    Die Einstellungen können im laufenden Betrieb – ohne mechanischen Umbau – gewechselt werden.

  • Kostengünstig verbinden und bis zum Sensor durchgängig kommunizieren

    Jederzeit wissen, was läuft

    Der hohe Automatisierungsgrad der Maschine mit einer Vielzahl an Sensorik erforderte ein leistungsstarkes und zugleich wirtschaftliches Verdrahtungskonzept. Auch wollte der Maschinenbauer die Fräsmaschine mit anderen Maschinen ihres Typs effizient verbinden können, um eine übergreifende Kommunikation zu ermöglichen.

    IO-Link bot die ideale Lösung. Denn kostengünstige dreiadrige ungeschirmte Industriekabel genügen zur Verbindung. Und einfache M12-Stecker reichen aus, um unterschiedlichste Geräte anzuschließen. Durch die universelle Schnittstelle können intelligente Sensoren zentral parametriert und Diagnoseinformation vom Sensor zur Steuerung sowie Prozessdaten digital mit hoher Signalqualität übertragen werden.

    Besonders interessant für den Maschinenbauer und den Maschinenbetreiber: Durch die Kombination von IO-Link mit einer leistungsstarken Feldbus-Technologie lassen sich Daten anlagenübergreifend zuverlässig und flexibel austauschen.

  • Mit einer effizienten und leistungsstarken Netzwerktechnik

    Anlagenübergreifend kommunizieren

    Produktfinder

    Um die Sensorsignale möglichst kostengünstig einzusammeln, nutzt der Maschinenbauer IO-Link-Sensorhubs mit 16 frei konfigurierbaren Ein-/Ausgängen. Zumal sich die aktiven Verteiler im robusten Metallgehäuse in IP67 hervorragend für das raue Umfeld der Fräsmaschine eignen. Zusätzlich werden im Schaltschrank IO-Link-Sensorhubs in IP20 mit acht frei konfigurierbaren Ein-/Ausgängen verwendet. Denn ihre Bauform lässt sich perfekt in beengte Platzverhältnisse integrieren.

    Diese Hubs werden mit Plug-and-Play mit einem 8-Port-IO-Link-Master verbunden, der die Sensorinformationen von acht Hubs mit jeweils bis zu 16 Sensoren an die Steuerung weiterleitet. Bis zu 136 Ein-/Ausgänge sind so pro Knoten anschließbar. Besonders wirtschaftlich dabei: Der Elektroingenieur benötigt dafür nur eine Bus-Adress.

    Anlagenübergreifend kommunizieren durch effiziente, leistungsstarke Netzwerktechnik

    Effizient verbinden und Bus-Knoten einsparen.

  • Vollautomatisches Werkzeugmanagement

    Einfache Datenverwaltung und optimale Werkzeugauslastung

    Die einfache Datenverwaltung war ein Grund, warum der Maschinenbauer ein automatisiertes Werkzeugmanagement mit RFID ins Auge fasste. Die hohe Wirtschaftlichkeit mit einer optimalen Werkzeugauslastung und Instandhaltung überzeugten ihn nicht weniger. Zumal der hocheffiziente Werkzeugeinsatz zu einer Produktivitätssteigerung beiträgt.

    Denn durch das Werkzeugmanagement ist das richtige Werkzeug zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle. Alle relevanten Werkzeugdaten wie Verfügbarkeit, Abnutzungsgrad oder Reststandzeit werden auf einem Datenträger, der mit dem Werkzeug fest verbunden ist, beim Einsatz in Echtzeit gespeichert. Alle Daten sind jederzeit abrufbar. Und fehlende Zuordnungen können nicht mehr vorkommen.

    Diese papierlose, zuverlässige Werkzeugidentifikation mit hoher Wertschöpfungsfaktor gewährleistet unser Hochfrequenz-System BIS M mit 13,56 MHz. Speziell für die Metallumgebung ausgelegt, bewältigt es hohe Geschwindigkeiten in rauer Umgebung ganz hervorragend. Durch die Vielfalt der verfügbaren Komponenten war das passende System schnell zusammengestellt, getestet und in Betrieb genommen.

    Vollautomatisches Werkzeugmanagement

    Durch das automatisierte Werkzeugmanagement ist das richtige Werkzeug zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle.

  • Werkstücke automatisch zuordnen und rückverfolgen

    Transparenz für den gesamten Fertigungsprozess

    Zur Qualitätssicherung und wegen der Wirtschaftlichkeit sollten die Werkstücke vollautomatisch zugeführt und nachverfolgt werden. Auch spielte die Rückverfolgbarkeit des Produktionsablaufs beim Auswählen der Technik eine wichtige Rolle.

    RFID erweist sich hier als Schlüsseltechnologie. Denn RFID dokumentiert die Produktionshistorie aller gefertigten Teile sowie alle eingesetzten Materialien und Betriebsmittel – mit Zeit, Ort, Ablauf – automatisch. Durch diese Informationen in Echtzeit können fehlerhafte Teile noch im laufenden Prozess ausgeschleust, nachgebessert und wieder in die Fertigung zurückgeführt werden.

    Jedes Werkstück erhält dazu einen Datenträger des Hochfrequenz-RFID-Systems BIS M. Diese industriegerechten Hochgeschwindigkeitsdatenträger bieten unbegrenzte Schreib-/Lesezyklen und unterstützen hohe Ausbringungsraten und schelle Taktzeiten. Für die Metallumgebung konzipiert, können ihnen weder Metallstaub noch Wasser oder Öl etwas anhaben. Für Identifikationsaufgaben beim Fräsen von Metall-Kleinteilen sind sie daher ideal.

    Jeder Schritt der Prozesskette wird aufgezeichnet und ist nachvollziehbar. Der gesamte Fertigungsprozess wird damit transparent und der Materialfluss kann bereichsübergreifend gesteuert werden. Vom Rohteil bis hin zum fertigen Produkt ist jetzt ein optimaler Ablauf möglich. Fräsmaschinen dieses Typs lassen sich somit perfekt in die Smart Factory integrieren.