Przyszłościowe rozwiązania CNC
Nowa maszyna do szlifowania marki Studer ze sterownikiem firmy FANUC
Szlifowanie otworów w elementach kołnierzy i wrzecionach o długości do 1300 mm nie sprawia trudności nowej maszynie do szlifowania Studer S141. Zaprezentowana na jesieni 2014 roku maszyna jest jedną z pierwszych uniwersalnych platform przeznaczonych do szlifowania. Odsłona kolejnych, mniejszych modeli nastąpi na targach EMO 2015. Obok wielu nowych funkcji maszynę S141 wyposażono w nowoczesny układ CNC 31i-B firmy FANUC.
Wprowadzając maszynę S141, firma Studer planuje zdobyć nowy segment rynku. Uniwersalna maszyna do szlifowania otworów, a także jej mniejsze modele, które wejdą do obrotu po targach EMO 2015, sprawdza się doskonale w przypadku obrabiania przedmiotów o długości do 1300 mm, takich jak wały i obudowy wrzecion, wały wirników i osie. Podczas gdy mniejsze podzespoły montuje się w uchwycie, dłuższe można podeprzeć w stabilnej podtrzymce.
Zaprojektowana od nowa maszyna do szlifowania S141 zachwyca swoimi możliwościami już na papierze: Maksymalna głębokość szlifowanego otworu wynosi 250 mm, natomiast wałka — 150 mm. Średnica uchwytu wynosi 400 mm, a masa obrabianego przedmiotu może sięgać 250 kg. Ponadto firma Studer, jako producent wysoko cenionej za właściwości termiczne i tłumiące maszyny Granitan® , cieszy się znakomitą renomą wytwórcy urządzeń precyzyjnych. Zachowanie dużych odstępów między prowadnicami i wytrzymała konstrukcja prowadników gwarantują wysoką stabilność podczas pracy, co jest niezbędne w czasie dynamicznej obróbki skrawaniem. Ważnym czynnikiem jest także stabilizacja temperatury wszystkich elementów biorących udział w obróbce.
Innowacyjne rozwiązania, takie jak autorski układ prowadnic StuderGuide®, gwarantują wysoką precyzję ruchu we wszystkich osiach. Przyczyniają się do tego także układy napędowe o konstrukcji liniowej. Głowica rewolwerowa z zamontowanymi maksymalnie czterema wrzecionami szlifierskimi (w tym maksymalnie dwoma wrzecionami do szlifowania wałków) jest napędzana bezpośrednio, a co za tym idzie — niezwykle szybka. W przypadku szlifowania osiowego równoległego stożków i zwężeń stół obrabiarki można automatycznie obracać. Kształt nadawany jest w maksymalnie dwóch stacjach. Ponadto maszyna jest wyposażona w sondę, która pozwala określić położenie wzdłużne przedmiotu osiowo i promieniowo.
Układ CNC: niezawodny i przyszłościowy
Od strony sterowania firma Studer polega na niezawodnych i sprawdzonych rozwiązaniach technologicznych. Potwierdzają to słowa Wolfganga Labusa, dyrektora ds. technologii mechanicznej: „Nasza bliska współpraca z firmą FANUC w zakresie sterowania i technologii napędowej sięga 1992 r. Szczególnie wysoko cenimy niezawodność sprzętu i oprogramowania, widoczną także w nowych produktach firmy FANUC. Z tego względu nie wahaliśmy się ani chwili, aby wyposażyć maszynę do szlifowania S141 w nowy sterownik FANUC 31i Model B”.
Podobnie jak w przypadku innych systemów sterowania firmy FANUC, w które zostały wyposażone poprzednie maszyny firmy Studer, również i ta wersja została zintegrowana z komputerem przemysłowym FANUC Panel i, w którym zainstalowano oprogramowanie firmy Studer z autorskim interfejsem użytkownika. Jedną z dostępnych aplikacji jest StuderPictogramming, za pomocą której użytkownik może zorganizować poszczególne cykle szlifierskie, a komputer zadba o wygenerowanie odpowiedniego kodu ISO. Oprogramowanie do pomiaru krążka szlifierskiego Studer Quick-Set pozwala ograniczyć liczbę cykli nadawania właściwego kształtu o maksymalnie 90 procent.
Aplikacje StuderWIN i StuderSIM służą do wykonywania różnych czynności w ramach szlifowania otworów. Umożliwiają także bezpieczne programowanie wszystkich podstawowych cyklów szlifowania, nadawania kształtów i dokonywania niezbędnych pomiarów. Cechą szczególną programu StuderWIN jest łatwy dostęp do wielu mikrofunkcji umożliwiających dowolne programowanie i optymalizację zadań szlifierskich i nadawania kształtu. Funkcje maszyny wzbogacają kolejne aplikacje umożliwiające dokonywanie skomplikowanych obliczeń, optymalizację wykonywanych zadań, szlifowanie konturów, gwintów i kształtów.
Wyjątkowe udoskonalenia
Kilkuletni rozwój oprogramowania i sterowników został odzwierciedlony w konstrukcji maszyny do szlifowania S141. Funkcje takie jak wykonywanie pomiarów i wykrywanie styku, a także układy ładowania i obsługi są połączone ze sterownikiem FANUC, dzięki czemu można nimi sterować bezpośrednio z poziomu interfejsu użytkownika. Wolfgang Labus wyjaśnia: „FANUC daje nam możliwość pełnej integracji ze sterownikiem zarówno technologii kontroli pomiarowej i monitorowania procesów z wykorzystaniem technologii czujników, jak i funkcji wykrywania styków i automatycznego równoważenia obciążeń. Dzięki temu zyskaliśmy możliwość wygodnego programowania różnych systemów w oparciu o stosowane standardy”. 15-calowy ekran dotykowy, w który wyposażono sterownik FANUC 31i-B, sprawia, że obsługa i programowanie maszyny jest wyjątkowo intuicyjne. Wszystkie funkcje sterowania są łatwo dostępne. Aby usprawnić proces konfiguracji szlifowania użytkownikowi, który pracuje blisko maszyny, firma Studer opracowała ręczny kontroler, który znakomicie współpracuje z układem CNC firmy FANUC.
Jedną z cech wyróżniających maszynę S141 jest jej zaawansowany układ napędowy — we wszystkich osiach zastosowano silniki liniowe. „Niestety te nie są firmy FANUC” — zaznacza Wolfgang Labus. „Byłoby doskonale, gdyby wszystkie elementy pochodziły od jednej firmy, a następnie były na miejscu składane w całość. Mimo to widać, że firma FANUC wytwarza swoje produkty w taki sposób, aby współpracowały z produktami innych firm. Dzięki udostępnieniu parametrów technicznych wszystkie elementy napędu są optymalnie dopasowane do sterownika”.
W czasie konstruowania maszyny do szlifowania S141 firma FANUC nie miała w ofercie odpowiednich napędów liniowych. Może się to jednak zmienić w najbliższej przyszłości, jak twierdzi Antoine Ferrari, inżynier z działu sprzedaży odpowiedzialny za kontakt z firmą Studer: „Silnik liniowy serii LiS D1, który właśnie opracowaliśmy, jest dużo bardziej kompaktowy, a przy tym tak samo wydajny. Na przykład nowy model 4500 N jest o 50 mm węższy niż jego poprzednik”.
Partnerska współpraca
Dzięki wieloletniej współpracy firma Studer jest ekspertem w zakresie stosowania rozwiązań technicznych firmy FANUC. Mimo to, jak stwierdza Wolfgang Labus, do współpracy nad projektowaniem i konstruowaniem maszyny do szlifowania S141 już na początku zaproszono specjalistów ds. sterowania i napędów ze szwajcarskiego zakładu FANUC znajdującego się w mieście Biel. Zazwyczaj podczas wykonywania takich prac wspólnie ustala się szczegóły napędów i układu sterowania. „Pomoc techniczna, jaką nam okazano, była na najwyższym poziomie” — stwierdza dyrektor ds. technologii mechanicznej. „Ostatnio wypożyczono nam cały układ sterowania, co pozwoliło przeprowadzić testy interfejsów i innych funkcji systemu CNC jeszcze przed wyprodukowaniem prototypu”.
Gwarantuje to optymalne współdziałanie wszystkich funkcji już na wczesnym etapie. Zazwyczaj gdy rozpoczyna się masowa produkcja nowego urządzenia, trzeba wprowadzać niewielkie poprawki, np. konfigurować interfejsy w taki sposób, aby obsługiwały dane klienta. Wolfgang Labus dodaje: „Coraz liczniejsza grupa klientów chce dokładnie wiedzieć, który przedmiot, kiedy i w jakiej jakości może zostać poddany obróbce. Ważne są także dane dotyczące urządzenia i pomiarów, które można by archiwizować. Aby sprostać tym oczekiwaniom, konieczne jest przygotowanie odpowiednich interfejsów. Jest to jedno z wyzwań, które wkrótce zyskają na znaczeniu”.
Firma FANUC jest na to przygotowana. Sterowniki generacji Model B udostępniają około dwunastu protokołów interfejsów, umożliwiając sprawną komunikację systemu CNC z wieloma urządzeniami peryferyjnymi. Poza standardową magistralą Profibus można korzystać także z systemu ProfiNET. Obsługiwane są również protokoły FL-Net, EtherNet/IP, Fast Ethernet, MOD-BUS i inne.
Szybka karta PMC skutecznie obsługuje urządzenia peryferyjne
Korzyści wynikające z zastosowania systemu serii 3xi Model B CNC są liczne, szczególnie dla instalacji z urządzeniami peryferyjnymi. Wbudowana szybka karta PMC (ze zintegrowanym sterownikiem PLC) jest trzy razy szybsza niż poprzednia. Trzykrotnie zwiększono także ilość dostępnej pamięci programowej. Dostępność w sterowniku 31i-B maksymalnie pięciu kanałów PMC, a co za tym idzie — możliwość wykonywania niezależnych programów przy najwyższej prędkości, sprawia, że wykonywanie złożonych zadań obróbki skrawaniem jest dużo prostsze niż wcześniej.
Za poprawę wydajności odpowiadają szybszy procesor PMC oraz zwiększona przepustowość danych między systemem CNC a kartą PMC, którą udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu nowej magistrali. Antoine Ferrari zwraca uwagę na moduł FANUC I/O-Link i, którego parametry są dużo lepsze niż jego poprzednika. W każdym kanale może przesłać dwa razy więcej sygnałów PMC-I/O. Można zatem podłączyć 24 grupy zamiast 16. Pojawiła się także dodatkowa funkcja bezpieczeństwa: Dual Check Safety. Do przesyłania zabezpieczonych sygnałów wystarczy jeden przewód I/O-Link.
Nowy moduł I/O Link i umożliwia sprawdzanie jakości transmisji danych dzięki wykrywaniu błędów — użytkownik może stwierdzić, czy dane cyfrowe na wyjściu nie są uszkodzone lub przerwane. Na ekranie systemu CNC wyświetla się źródło błędu, co znacząco skraca czas potrzebny na jego usunięcie. Przy prowadzeniu prac konserwacyjnych przydaje się także funkcja wykrywania utraty szczelności. Zagrożenie usterką silnika można wcześnie wykryć, a następnie sprawnie je usunąć podczas prac konserwacyjnych.
Konsekwentna oszczędność energii
Wydajność energetyczną maszyn marki Studer potwierdzają nie tylko etykiety „Blue Competence”, przyznawane przez Niemiecką Federację Inżynierów (VDMA), lecz także własne oznakowanie BluePlus symbolizujące sześć wszechstronnych działań, których celem jest ograniczenie zużycia energii przez maszyny. Wolfgang Labus wyjaśnia: „Ograniczenie zużycia energii udaje się osiągnąć głównie dzięki optymalizacji oprogramowania, a także poprzez zaprojektowanie specjalnych układów dostarczania płynu chłodzącego i jego odbierania. W ramach koncepcji BluePlus korzystamy także ze zoptymalizowanych pod względem poboru mocy komponentów promowanych przez firmę FANUC w zakresie sterowania i technologii napędowej”.
Od strony sprzętowej, dzięki wykorzystaniu najnowocześniejszych układów elektronicznych, firma FANUC ograniczyła zużycie prądu przez silniki o dodatkowe dziesięć procent. Na poziomie oprogramowania użytkownik może wybrać tryb oszczędzania energii za pośrednictwem funkcji Energy-Saving Level Selection Function”. W zależności od konkretnego zadania obróbki użytkownik może wybierać między trybami pełnej mocy oraz zoptymalizowanego wykorzystania energii. Korzystanie z drugiej opcji wiąże się zazwyczaj ze zmniejszonym tempem pracy.
Na rynku pojawią się także modele szlifierek S131 i S151, wyposażone w sterowniki FANUC CNC 31i-B, a także kompaktowy model ze sterownikiem FANUC CNC 0i-F. Wolfgang Labus tak go opisuje: „To dodatkowa alternatywa dla segmentu ekonomicznych produktów, gdzie liczba osi nie musi być duża. Podobnie nie jest konieczna możliwość obsługi wielu kanałów”.
Prezentując model 0i-F na 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. Takie rozwiązanie zwiększa możliwości łączenia urządzeń w moduły, usprawnia pracę personelu obsługującego i konserwującego urządzenia.
Szwajcarska jakość szlifowania
Firma Fritz Studer AG z Steffisburga w Szwajcarii zatrudnia około 800 pracowników. Wspólnie z niemieckimi spółkami Schaudt i Mikrosa należą do grupy United Grinding Group zajmującej się rozwojem technologii szlifowania kołowego. Firma ma ponad 100 lat doświadczenia w zakresie rozwoju i produkcji precyzyjnych szlifierek kołowych. Ponad 22 000 zrealizowanych zamówień stawia firmę Studer na pozycji lidera rynku w zakresie technologii szlifowania uniwersalnego, zewnętrznego, wewnętrznego i bezkołowego. Oferta produktów obejmuje nie tylko standardowe maszyny, ale także zaawansowane rozwiązania dostosowane do obróbki małych i średnich przedmiotów z wysoką precyzją. Firma Studer oferuje także oprogramowanie, zintegrowane systemy i szeroki wachlarz usług. Klientami firmy są przedsiębiorstwa z grup przemysłu maszynowego, samochodowego, wytwarzania narzędzi i form, lotniczego, pneumatycznego/hydraulicznego, elektrycznego/elektronicznego, technologii medycznych, zegarmistrzowskiego oraz innych niestandardowych zakładów produkcyjnych.
