Machinale transportbewerkingen met FANUC CNC's

Serieproductie met flexibele machines

ANGER-transporteercentra combineren de voordelen van machinale bewerkingscentra en transportlijnen 

ANGER MACHINING staat bekend als pionier op het gebied van serietechnologie voor machinesystemen met CNC-besturing. Deze transporteercentra, die worden beschouwd als een combinatie van een machinaal bewerkingscentrum en een transportlijn, zijn indrukwekkend vanwege hun flexibele serieproductie met hoge opbrengst. Voorbeelden hiervan zijn twee HCXchange 2000-machines, die worden aangestuurd door een FANUC Series 31i CNC, en die zijn geleverd aan de automobielleverancier Magna.

ANGER MACHINING GmbH, gevestigd in Traun, Oostenrijk, is fabrikant van machinale hogesnelheidsbewerkingssystemen. Met dit serieconcept, dat in 1984 werd ontwikkeld, heeft het bedrijf nieuwe productiviteitsnormen gesteld en een succesvolle reputatie op de wereldmarkt veroverd. Roland Haas (Dipl.-Ing.), Head Engineer bij ANGER, legt in het kort uit waardoor deze technologie zo speciaal is: "We hebben het concept van een transportlijn in één machine ondergebracht." Het werkstuk wordt geladen in een kleminrichting en vervolgens bliksemsnel van de ene stationaire spindel naar de volgende verplaatst. De tijden van chip naar chip zijn extreem kort, in het ideale geval slechts 0,3 seconden. De te bewerken stukken kunnen lineair en roterend worden verplaatst over alle spatiale assen en zo van zes kanten worden bewerkt.

Focus ligt op minder uitval

Alle gereedschappen worden opgepakt door speciale bewerkingsspindels en door koppen met meerdere spindels die op maximaal vier zijden van het machinale bewerkingsgebied van het centrum zijn gemonteerd. Op deze hogeproductiemachines komt stilstand door het vervangen van gereedschappen niet meer voor. Op de flexibele ANGER-machines wordt het vervangen van gereedschap parallel uitgevoerd tijdens de machinale bewerking. Dit resulteert in kortere machinale cyclustijden en een hoge opbrengst op een veel kleiner oppervlak dan nodig is voor traditionele bewerkingscentra.

In circa 20 tot 40 stations verwerkt de machine alle vereiste bewerkingstaken, en dit met uiterste precisie. Het gereedschap blijft in precies dezelfde positie in de gereedschapshouder. Het vastklemmen vindt slechts één keer plaats, waardoor het aantal fouten door klemmen en handmatig plaatsen wordt verminderd. Het resultaat is dat de ANGER-transporteercentra processen kunnen uitvoeren met betrouwbare positietoleranties van 0,015 mm, met diametertoleranties van IT 5 en rondheidswaarden van maximaal 0,001 mm.

Doordat slechts lage gewichten worden verplaatst, slijten de systeemonderdelen minder snel. Ook zijn extreem dynamische heen en weer gaande bewegingen mogelijk met bewerkingssnelheden tot 90 m/min en 1 G-versnelling. De optimale stijfheid wordt geleverd door de machinebedden die zijn gemaakt van trillingsremmend, met staal versterkt beton en afhankelijk van de machinespecificaties wel 25 ton kunnen wegen.

Van brillen tot de automobielsector

ANGER-transporteercentra zijn de ideale keuze voor opdrachten waarbij 150.000 tot 500.000 stuks per jaar van hetzelfde of een vergelijkbaar werkstuk nodig zijn. In de eerste jaren van het bedrijf leverde ANGER de geavanceerde machines voornamelijk aan producenten van brillen. Zij slaagden erin de uitval te verminderen door machinale bewerking met verschillende gereedschappen en verkregen zo een efficiënte methode voor volautomatisch frezen van brilmonturen uit kunststof blokken.

Nadat de machinale bewerking in deze markt werd verdrongen door de toenemende kwaliteit van spuitgiettechnologie, ging ANGER machines leveren aan de groeiende markt voor mobiele telefoons. Bijvoorbeeld voor het frezen van magnesiumframes voor mobiele telefoons van Ericsson. De focus verschoof toen al snel van de mobiele-telefoonindustrie naar de auto-industrie, waar vergelijkbare partijen van dezelfde werkstukken zijn vereist. Aanvankelijk ging het voornamelijk om assen en kubusvormige componenten van aluminium. Ondertussen werd de toepassingenreeks dankzij de introductie van de machinemodellen ANGER HCS en HCP uitgebreid naar ABS-cilinders en veel andere kleine, complexe componenten.

HCX-machines: Nog bredere heen en weer gaande paden en meer stijfheid

De ontwikkeling van de ANGER-machines ging door. Uit de HCP-serie ontstond het HCX-model, dat inderdaad vasthield aan het beproefde basisprincipe met stationaire spindels en een bewegend werkstuk, maar de technologie werd volledig opnieuw ontwikkeld. De meest opvallende innovatie is het flensframe waarop de spindeleenheden voor machinale bewerking worden gemonteerd en eenvoudig kunnen worden verplaatst.

Roland Haas meldt: "Voor de HCX voerden we een complete mechatronische ontwikkeling uit en gebruikten we het volledige spectrum van virtuele simulatie." In de eerste plaats hebben de ontwikkelaars de verschillende bewegingskolommen berekend en vergeleken met montage van groepen in bakken. Ze kozen hierbij voor deze laatste oplossing. Met diverse partners hebben ze dit concept verder ontwikkeld. Met de ondersteuning van een mechatronisch simulatiesysteem hebben ze de verschillende componenten geoptimaliseerd in diverse ontwikkelingstrajecten. Roland Haas vult aan: "We hebben de stijfheid in doorslaggevende onderdelen verbeterd, en juist minder materiaal gebruikt waar massa moet worden verplaatst. En we hebben het besturingsgedrag van alle assen gesimuleerd en geoptimaliseerd. Pas nadat voor alle simulaties het groene licht werd gegeven, werd het HCX-prototype gebouwd." ANGER optimaliseerde tot slot de nieuwe machinereeks op het gebied van levensduur, eenvoudige assemblage en onderhoudsvriendelijkheid.

Verder introduceerde de machinebouwer een CAM-systeem waarmee meteen na het ontvangen van een order het bijbehorende machinale bewerkingsproces kan worden gesimuleerd. "Zo kunnen we een spindelontwerp maken dat gegarandeerd botsingsvrij is", vertelt Roland Haas. ANGER werkt tenslotte als een algemene aannemer. Dit betekent dat ze niet alleen de machine leveren maar ook het complete machinale bewerkingsproces met een vooraf vastgestelde cyclustijd. Het project wordt kant-en-klaar aan de klant overhandigd met het CNC-programma, statistisch kwaliteitscertificaat en automatisering.

In 2014 werd de volgende mijlpaal in de geschiedenis van het bedrijf behaald met de marktintroductie van de ANGER FLXBL. Deze machines zijn flexibele, gestandaardiseerde, modulaire transporteercentra, die zijn ontwikkeld voor de machinale bewerking van precisie-onderdelen in middelgrote tot grote volumes. De ANGER FLXBL kan eenvoudig en snel opnieuw worden geconfigureerd. In elkaar opvolgende productlevenscycli kunnen dus allerlei verschillende stukken in variërende volumes worden gemaakt. De flexibiliteit betekent voor de systeemoperator de best mogelijke bescherming van zijn investering, gekoppeld aan de voordelen van de bewezen technologie van transporteermachines.

Magna: productie van onderdelen met hoge precisie

Twee ANGER HCXchange 2000-machines (in grote lijnen ook de voorlopers van de ANGER FLXBL) zijn in 2011 geleverd aan een van 's werelds grootste autoleveranciers, de Oostenrijks-Canadese Magna Group, die in Europa zijn hoofdkantoor heeft in Oberwaltersdorf, op 2,5 uur van Traun. In de productievestiging in Lannach in de Oostenrijkse regio Styria worden op beide Anger-machines balansasbehuizingen geproduceerd voor benzinemotoren, met een volume van 300.000 eenheden per jaar. Elke machine kan het complete voltooide onderdeel produceren in één opstelling. Een centrale automatiseringcel met de robot tussen beide machines voorziet ze van onbewerkt materiaal en legt de voltooide onderdelen op een lopende band. Deze zeer compacte oplossing met de laagste kosten per eenheid vormt de machinale bewerkingoplossing met de gunstigste prijs voor Magna Powertrain Lannach. Ook wordt voldaan aan de eis van flexibiliteit en kan de machine worden uitgerust voor een ander onderdeel. De stukken vereisen complexe machinale bewerkingen en vragen om zeer hoge precisiespecificaties met betrekking tot het boren van gaten voor steunpunten, flensafmetingen, vlaktewaarden en referentiepunten. De 35 stappen voor machinale bewerking worden uitgevoerd op een HCXchange met een cyclustijd van 114,25 seconden per onderdeel, met inbegrip van volautomatisch laden. Doordat gereedschappen met meerdere koppen worden gebruikt, is de hoeveelheid afzonderlijke elementen voor het boren van gaten en schroefdraadtappen nog hoger.

Besturing en aandrijvingstechnologie van FANUC

Magna heeft beide ANGER HCXchange-machines besteld met besturing en aandrijvingstechnologie van FANUC. Het is geen nieuwe partnerrelatie voor ANGER, omdat al vijf jaar voornamelijk onderdelen van de CNC-marktleider worden gebruikt. Roland Haas licht toe: "In die tijd deden we veel werk voor de Noord-Amerikaanse markt, waarvoor voornamelijk FANUC-besturingen nodig waren. De samenwerking met FANUC heeft voor ons heel goed uitgepakt. De overheadkosten voor service en onderhoud waren minimaal en de producten waren absoluut betrouwbaar. Helaas heeft de recessie in Noord-Amerika en in de automobielindustrie een teruggang in de samenwerking met FANUC tot gevolg gehad. Daarom zijn we bij ANGER verheugd over de order van de Magna Group om de ANGER HCXchange-machines uit te rusten met FANUC. Omdat we dan weer een betrouwbare, sterke partner hebben."

Behalve de implementatie van het FANUC-serie 31i CNC-systeem, ging de aandacht aanvankelijk vooral uit naar het aandrijvingssysteem van de machines dat is geconfigureerd als een systeem met twee bakken. Een speciale voorziening is bijvoorbeeld het heen en weer gaan in horizontale richting, wat wordt gerealiseerd via twee kogelschroeven die parallel werken. Hiervoor moesten de juiste instellingen worden gekozen en een betrouwbare controlecorrectie worden gegarandeerd. Tot slot is voor de positionering een nauwkeurigheid op µm-niveau vereist.

Een andere uitdaging was het integreren van de motoren van derden. ANGER implementeert eigen servomotoren met holle as in het machineconcept. Ook een probleem waren de vier assen die standaard worden gebruikt in de ANGER HCX-machines. Een vijfde as is op verzoek van de klant geïmplementeerd in de kleminrichting. Roland Haas meldt: "Voor de order van Magna moesten we voor het eerst een aandrijving met een dubbele koppel implementeren. Maar deze aanpassing en optimalisatie konden we ook in samenwerking met FANUC doorvoeren."

Fabrikant van besturingen biedt specialistische kennis als een service

Voor het oplossen van alle problemen rond aandrijving en besturing was specialistische kennis vereist die FANUC heeft geleverd vanuit het filiaal in Duitsland, naast extra ondersteuning vanuit Japan. Roland Haas is tevreden: "We kregen ondersteuning van dezelfde FANUC-specialisten die het product al eerder hadden gezien. Ze gaven ons echt eersteklas ondersteuning."

Aan de besturingskant waren de specificaties voor eenmalige of speciale cycli beperkt. In plaats daarvan zorgt ANGER waar mogelijk dat alle machinale bewerkingen en heen en weer gaande bewegingen kunnen worden geprogrammeerd met eenvoudige opdrachten en standaardfuncties om snelle cycli te realiseren. Daarom zijn de vooruitziende functie van de besturing en een zeer snelle PLC-cyclustijd de doorslaggevende factoren voor ANGER in de strijd om tienden van seconden.

Er werden ook aan de PLC-programmering hoge eisen gesteld, met name door de twee dubbele gereedschapswisselaars per machine. FANUC nam deze programmeertaken op zich. Volgens Roland Haas was het van groot belang voor ANGER dat ze deze speciale kennis als service rechtstreeks van FANUC konden betrekken. Hij is van mening dat bij seriefabricage optimaal wordt geprofiteerd van de betrouwbaarheid van de aandrijvings- en besturingstechnologie van FANUC. Hij voegde eraan toe dat het systeem nadat alles was geïmplementeerd en getest, lange tijd goed bleef werken. Op het moment dat vervanging van onderdelen aan de orde komt, zal dit op een zeer praktische manier worden afgehandeld.

Gebruiksvriendelijk dankzij actieve interfaces

Ook voor wat betreft gebruiksvriendelijkheid kan ANGER rekenen op FANUC.  De machinefabrikant deed een grote investering in een HMI (human machine interface) die veel handige visualisatiefuncties biedt. Geïntegreerde foto's geven bijvoorbeeld precies aan waar de fouten zijn opgetreden en hoe ze kunnen worden verholpen. Het is waar dat klantspecifieke interfaces zoals deze niet bepaald een sterk punt waren van de besturingen van FANUC in het verleden, maar dat is nu allemaal veranderd. Roland Haas bevestigt dit: "Ondertussen levert FANUC visualisatieopties die van grote waarde zijn voor ons en, bovenal, voor de machine-operators." ANGER leverde de specificaties voor hoe de schermen eruit moesten komen te zien. De implementatie van de schermen werd vervolgens een service die door FANUC werd geleverd.

ANGER MACHINING GmbH: Machines voor de productie van flexibele series

Het internationale, machinale bewerkingsbedrijf met het hoofdkwartier in het Oostenrijkse Traun heeft zich gespecialiseerd in de ontwikkeling en productie van transporteercentra. Deze machinale bewerkingssystemen met hoge snelheid worden vooral toegepast in de automobielindustrie voor de bewerking van series onderdelen met bijzonder grote precisie. De nadruk ligt onder andere op toepassingen voor motoren, versnellingsbakken en chassisonderdelen van aluminium of staal. Met drie dochterondernemingen in Duitsland, de VS en Japan, naast talloze verkoop- en servicepartners, is het bedrijf er sinds de oprichting in 1982 in geslaagd om een succesvolle plaats te veroveren op de wereldmarkt.

Naast andere toepassingen worden ANGER-transporteercentra gebruikt voor de machinale bewerking van klephuizen voor automatische transmissiesystemen en transmissiesystemen met dubbele koppeling, transmissiebehuizingen van auto's, bodemplaten, behuizingen van balansas en nokkenas, en andere prismavormige precisieonderdelen van motor- en tandwielassen.

De klanten bestaan uit internationale automobielfabrikanten zoals Daimler en VW, toonaangevende leveranciers in de automobielsector, zoals ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch en Linamar Group, en talloze bedrijven op het gebied van spuitgieten.