Systemy sterowania i technologie napędowe maszyn do szlifowania narzędzi

Innowacje aż do najmniejszego szczegółu

Firma Schneeberger dostarcza rozwiązania z zakresu szlifowania narzędzi zwiększające ich wydajność

Dzięki wykorzystaniu dziewięciu maszyn, takich jak kompaktowa NGC, firma J. Schneeberger Maschinen AG zapewnia wysoką skuteczność w zakresie szlifowania narzędzi. Przyczyniają się do tego także inne elementy, takie jak łatwa do integracji sonda 3D własnej produkcji, w którą można wyposażyć wszystkie maszyny marki Schneeberger. Od wielu lat inżynierom firmy Schneeberger towarzyszą biznesowi partnerzy z firmy FANUC, świadcząc pomoc w zakresie sterowania i napędów.

Różnorodność przyrządów do cięcia metalu i drewna jest ogromna: od wkładek o niewielkim profilu, do dużych przeciągarek i frezarek. Różne geometrie, nie wspominając o materiałach znajdujących się na obrabianym przedmiocie i od strony krążka szlifierskiego, stanowią wyjątkowo trudne wyzwanie dla szlifierek używanych przy produkcji i ponownym ostrzeniu narzędzi. Dla z bogatymi tradycjami firmy J. Schneeberger Maschinen AG, mieszczącej się w szwajcarskim mieście Rogwill, jest to wyzwanie, na które trzeba odpowiedzieć innowacyjnymi rozwiązaniami.

Dlatego co roku pojawia się coś nowego. Na przykład dwa lata temu na targach EMO firma Schneeberger zaprezentowała nowy gwintownik NGM, który doskonale sprawdza się przy produkcji noży do gwintowania w jednym mocowaniu. Jest on wyposażony w sześć osi, z czego pięć ma napęd bezpośredni. Jedną ze szczególnych cech gwintownika NGM jest umożliwienie obrabianemu przedmiotowi wykonywania ruchów oscylacyjnych z dużą prędkością. Dr Hartmut Rühl, dyrektor ds. oprogramowania i urządzeń elektronicznych, wyjaśnia: „Napędy liniowe doskonale się sprawdzają do zastosowań wymagających oscylacji, ponieważ są zdolne do wykonywania dynamicznych ruchów, a mimo tego są odporne na zużycie”. Technologia napędu bezpośredniego przy zastosowaniach wymagających dużych oscylacji sprawdziła się już w szlifierce narzędziowej Gemini GHP, wprowadzonej na rynek dziesięć lat temu. Jednak w jej przypadku elementem oscylującym jest krążek szlifierski, ponieważ jest on lżejszy niż ostrzone frezy ślimakowe. Z kolei w gwintownikach krążki szlifierskie często mają średnicę 300 mm i dużą masę. Z tego powodu pracownicy firmy Schneeberger postanowili wprawić w ruch oscylacyjny obrabiany przedmiot.

Rozwój maszyn wyposażonych w napęd bezpośredni był wspierany przez firmę FANUC, wieloletniego dostawcę firmy Schneeberger w zakresie rozwiązań sterowania i technologii napędowej.

Idealne do obróbki oscylacyjnej

Jako źródło ruchów oscylacyjnych w zakładzie Schneeberger silniki liniowe są nie do zastąpienia. Dr Hartmut Rühl szczegółowo wyjaśnia: „Tylko z użyciem napędu liniowego możemy osiągnąć ruch wahadłowy o zakresie 5 mm i częstotliwości 15 Hz. Ruchy te możemy zaprogramować za pomocą tabeli danych, nie korzystając z języka G-Code. Wprowadzone dane są konwertowane na polecenia za pomocą oprogramowania HCC firmy FANUC”.

Dzięki funkcji HCC (High-speed Cycle Cutting — cięcie cykliczne z dużą prędkością), którą firma FANUC udostępnia we flagowych systemach sterowania CNC z serii 30i oraz 31i, można uzyskać nieosiągalny przez inne procesy poziom jednorodności procedur obróbki skrawaniem. Podstawowa struktura jest prosta: dla każdej osi, która ma się poruszać, tworzy się tabelę, w której programuje się jej względne ruchy w określonym przedziale czasu (np. 1 milisekundzie).

Niewielki rozmiar, duży zakres pracy

W ubiegłym roku firma Schneeberger wprowadziła na rynek uniwersalną i nadzwyczaj kompaktową maszynę do szlifowania NGC. Jest ona przeznaczona do ostrzenia standardowych narzędzi, takich jak frezy czołowe, promieniowe i kształtowe, wytaczarki o dużej wydajności, rozwiertaki, płytek tokarskich w HSS, narzędzi wykonanych z węglików i cermetu. Doskonałą jakość ostrzenia frezów ślimakowych, noży kształtowników, ostrzy do frezarek i zębów stożkowych kół zębatych zapewniają specjalnie przygotowane oprogramowanie, procesy szlifowania i układy uchwytów. Wśród dostępnych możliwości jest także szlifowanie noży na potrzeby przemysłu papierniczego, spożywczego i tworzyw sztucznych, a także obróbka skrawaniem przedmiotów o kształcie krążków przy użyciu specjalnych uchwytów i systemu automatycznego ładowania.

„Istnieje duże zapotrzebowanie na maszyny o niewielkich rozmiarach i względnie dużym ruchu poprzecznym” — wyjaśnia Hartmut Rühl. „Udało nam się na nie odpowiedzieć, wprowadzając na rynek maszynę do szlifowania NGC”. Kompaktowa, 5-osiowa maszyna umożliwia obróbkę narzędzi (obwód i powierzchnię) o długości tnącej do 300 mm. Średnica obrabianego przedmiotu może sięgać 300 mm, a długość — 500 mm. Mimo że zarówno maszynę do szlifowania NGC, jak i gwintownik NGM uważa się za urządzenia niewielkich rozmiarów, firma Schneeberger wyposażyła je w zmieniarkę krążków szlifierskich i dołącza do kompletu siedem zestawów krążków.

Nowa generacja zaawansowanych systemów sterowania

Wszystkie flagowe maszyny, łącznie z urządzeniami NGM i NGC, zostały wyposażone w sterowniki FANUC serii 31i-B5 CNC w wersji ze zintegrowanym komputerem przemysłowym Panel i, które doskonale sprawdzają się w zastosowaniach 5-osiowej obróbki skrawaniem. Komputer jest połączony ze sterownikiem CNC za pośrednictwem magistrali HSSB o dużej prędkości. Dzięki takiemu rozwiązaniu operator może obsługiwać urządzenie za pośrednictwem dedykowanego oprogramowania Quinto, charakteryzującego się wygodnym interfejsem użytkownika.

Pozostałe maszyny firmy Schneeberger również wyposażono w nowoczesne sterowniki Model B firmy FANUC. Wykonujący podstawowe zadania z punktu widzenia programowania moduł Power Mate CNC został zastąpiony układem FANUC 35i-B bez obsługi komputera. Hartmut Rühl zaznacza, że określenie „podstawowe zadania” nie odnosi się do precyzji, lecz do wymagań w zakresie programowania: „Za pomocą tych maszyn frezy ślimakowe można naostrzyć z jakością 3A. To bardzo wymagające zadanie, ale wymaga ustalenia tylko dziesięciu z 20 parametrów, a to można zrobić za pomocą panelu maszyny”.

Rühl, który jest także specjalistą od sterowników, wskazuje na rosnące zainteresowanie nowym kompaktowym sterownikiem FANUC CNC 0i-F: „To może być dodatkowa alternatywa dla segmentu tańszych szlifierek, gdzie liczba osi nie musi być duża. Podobnie nie jest konieczna możliwość obsługi wielu kanałów”. Prezentując model 0i-F na europejskich targach AMB 2014, światowy lider rynku CNC przedstawił nową koncepcję. Zgodnie z nią wszystkie systemy sterowania FANUC CNC będą zgodne z uniwersalnym standardem i będą mieć podobne instrukcje obsługi. Oznacza to, że obydwa sterowniki — 31i-B5 oraz 0i-F — wymagają tych samych urządzeń peryferyjnych (wzmacniacza, urządzenia wejścia/wyjścia itp.) i mieszczą się w takiej samej obudowie. Jedyną różnicą może być oprogramowanie.

Oszczędność czasu dzięki pomiarom maszynowym

Kolejną innowacją firmy Schneeberger, którą odnajdziemy w maszynach wszystkich serii i generacji jest autorska sonda 3D. Hartmut Rühl w kilku słowach uzasadnia wprowadzenie tego rozwiązania: „Z upływem czasu maszyny stają się coraz bardziej precyzyjne i coraz szybsze. Zintegrowana sonda powinna mieć takie same właściwości. Dlatego aby zaoferować naszym klientom optymalne rozwiązanie, opracowaliśmy sondę 3D, która spełnia nasze wymagania w 100 procentach”.

Sonda Zenon firmy Schneeberger bazuje na półprzewodnikowych tensometrach (ScSG — semiconductor strain gauge), technologii, która zapewnia wysoki stopień precyzji. Antonio Grasso, inżynier ds. aplikacji, odpowiedzialny za prace rozwojowe wyjaśnia: „Ta metoda pomiaru jest także wykorzystywana przez liderów branży technologii dotykowego pomiaru 3D. Dzięki niej osiągamy znakomite rezultaty. Stopień powtarzalności pomiarów jest szczególnie wysoki i nie zmienia się nawet po dokonaniu kilku milionów pomiarów. Nie ma także błędów graniastości, które występują podczas korzystania z sond kinematycznych.

„Przy użyciu sondy Zenon, w którą są wyposażone nasze maszyny z silnikami liniowymi” — tłumaczy Antonio Grasso — „i które charakteryzuje wyjątkowo sztywna konstrukcja, możemy osiągnąć poziom precyzji, który ciężko przekroczyć, korzystając z zewnętrznego urządzenia do pomiaru współrzędnych. Udowodniliśmy to doświadczalnie, wykonując pomiary według obydwu technologii. Obecnie osiągamy precyzji jednego mikrona, ale pracujemy nad technologią dokonywania pomiarów o dokładności 0,5 µm”.

Użycie zintegrowanej sondy tego typu oszczędza użytkownikowi bardzo dużo czasu. Eliminuje ona konieczność zmiany narzędzi z pomiarowych na szlifujące. Każda oszczędność się liczy — jest to szczególnie widoczne w przypadku dużych narzędzi, takich jak frezy ślimakowe czy maszyny do granulacji, które mogą ważyć nawet tonę. „W takich sytuacjach nastawianie maszyny może zająć do 30 minut” — wyjaśnia Hartmut Rühl.

Jednak z punktu widzenia zapewniania jakości zintegrowana sonda nie zastępuje maszyny pomiarowej: w przypadku nieprawidłowego nastawienia nie będzie można wykryć usterki sondy. Jednak Antonio Grasso zaznacza: „Mimo to użytkownik odnosi dużą korzyść ze względu na fakt, że może ocenić proces produkcyjny oraz zweryfikować powtarzalne rezultaty. Być może w takiej sytuacji wystarczy umieścić w maszynie pomiarowej tylko kilka gotowych elementów, aby mieć pewność, co do uzyskanej precyzji.

Funkcje sterownika przyśpieszają proces sondowania

W czasie prac rozwojowych nad nową sondą inżynier ds. aplikacji blisko współpracował z dostawcą sterowników i technologii napędowej, firmą FANUC. W rezultacie udało się przyspieszyć sam proces sondowania. W przeszłości sonda musiała przemieścić się do komponentu, nie zmieniając swojej prędkości. Aby było to możliwe, konieczne było zachowanie pewnej odległości między kolejnymi sondowaniami. Nowy sterownik FANUC Model B obsługuje funkcję kompensacji sprzężenia w przód, „Feed Forward Compensation In Skip”, która umożliwia sondowanie w fazie przyspieszania. „Udało się uzyskać taką samą precyzję w znacznie krótszym czasie” — podsumowuje Grasso. „Mimo że sterownik FANUC CNC został zaprojektowany do obsługi maszyn do obróbki skrawaniem, a nie maszyn pomiarowych, które odczytują dokładną pozycję co milisekundę, rezultat jest zdumiewający. Utorowaliśmy drogę dla technologii, która może po części konkurować z dedykowanymi maszynami pomiarowymi”.

Dobre wyniki pomiarowe udało się osiągnąć nie tylko w przypadku maszyn o napędach liniowych: Schneeberger Sirius i gwintownik NGN. Testy wykonane z użyciem maszyny NGC były równie pomyślne. Ponadto sonda Zenon jest zgodna wstecznie. Oznacza to, że jeśli użytkownik chce wymienić obecną sondę Schneeberger na nową, może to zrobić za pomocą niewielkiego interfejsu.

 

Pionier w zakresie maszyn do szlifowania

Walter Schneeberger założył firmę pod swoim nazwiskiem w 1923 roku. Dwa lata później wprowadził na rynek model R1 — maszynę do szlifowania narzędzi o uniwersalnym zastosowaniu. Jako pionier rozwiązań technicznych w 1985 roku firma opracowała i skonstruowała pierwszą maszynę do szlifowania kształtowego wyposażoną w sterownik CNC. To był początek nowej ery w zakresie jakości narzędzi. W 1990 roku firma Schneeberger zaprezentowała koncepcję szlifowania 5-osiowego, a w 2003 — wprowadziła na rynek pierwszą maszynę wyposażoną w napęd liniowy: Sirius HPM. Dziś przedsiębiorstwo zatrudnia 170 osób i zajmuje się produkcją szlifierek CNC Corvus, Gemini i Norma o wydajności do 40 kW. Dodatkowo w ofercie znajduje się ekonomiczna alternatywa dla 5-osiowej technologii ponownego ostrzenia — seria maszyn Ares. Siedziba firmy mieści się w Roggwil, w Szwajcarii, a jej filie — w Niemczech, Francji, Włoszech, Stanach Zjednoczonych i Chinach. Poza tym firmę reprezentuje ponad 20 agencji na całym świecie.