Werkzeugschleifmaschinenspezialist Schneeberger setzt auf FANUC Steuerungen und Antriebe

Aufgabe: Der Schweizer Werkzeugmaschinenhersteller J. Schneeberger Maschinen AG produziert eine breite Vielfalt Maschinen für die unterschiedlichsten Anwendungen. Zur Entwicklung von Direktantriebsmaschinen, bei denen das Werkstück hochfrequent schwingt, benötigt Schneeberger daher einen erfahrenen Partner in der Antriebs- und Steuerungstechnik..

Lösung: Schneeberger setzt dabei auf FANUC, seinen langjährigen Partner für Antriebe und Steuerungen. FANUC stellt eine Reihe linearer Antriebe her, welche ideal für diese Art von Anwendung geeignet sind und unterstützte damit Schneeberger bei der Entwicklung neuer Technologien.

Ergebnis: Ausgestattet mit FANUC CNC Antriebsystemen sowie einer FANUC 31i-B5 CNC Steuerung verfügt die Maschine auch über ein HCC (High-Speed-Cycle-Cutting) und ermöglicht so präzise und homogene Bearbeitungsroutinen.

Innovationen bis ins Detail


Schneeberger sorgt für höhere Leistungsdichte beim Werkzeugschleifen

Die J. Schneeberger Maschinen AG sorgt mit neuen Maschinen wie der kompakten NGC für hohe Wirtschaftlichkeit beim Werkzeugschleifen. Dazu tragen auch Komponenten bei, wie ein eigener, integrierbarer 3D-Messtaster, der in sämtlichen Schneeberger Maschinen eingesetzt werden kann. Bei allen Neuentwicklungen steht den Schneeberger-Technologen seit vielen Jahren der bewährte Partner FANUC zur Seite, der für steuerungs- und antriebsseitige Unterstützung sorgt.

Schneidende Werkzeuge für die Metall- und Holzbearbeitung gibt es in großer Vielfalt: von kleinen Profil-Wendeschneidplatten bis zu großen Räum- und Abwälzfräswerkzeugen. Die unterschiedlichen Geometrien, aber auch die Materialien auf Werkstück- und Schleifscheibenseite stellen hohe Anforderungen an die Werkzeugschleifmaschinen, die zur Produktion und fürs Nachschleifen eingesetzt werden. Der traditionsreiche Maschinenhersteller J. Schneeberger Maschinen AG im schweizerischen Roggwil sieht darin eine Herausforderung, auf die er immer wieder mit Innovationen reagiert.

Und die gibt es im Jahrestakt: So stellte Schneeberger vor zwei Jahren auf der EMO die NGM tap vor, die sich zur Produktion von Gewindewerkzeugen in einer einzigen Aufspannung eignet. Sie ist mit insgesamt sechs Achsen ausgestattet, davon fünf direkt angetrieben. Denn zu den Besonderheiten der NGM tap zählt, dass das Werkstück bei der Bearbeitung mit hoher Frequenz oszillieren kann. Dr. Hartmut Rühl, Leiter Software und Elektronik, erklärt: „Fürs Oszillieren sind Linearantriebe ideal. Denn sie ermöglichen diese kleinen, hochdynamischen Bewegungen und sind dabei verschleißfrei.” Die Direktantriebstechnik für schnelle Oszillationen hat sich schon bei der vor zehn Jahren vorgestellten Schleifmaschine Gemini GHP bewährt. Bei ihr oszilliert allerdings die Schleifscheibe, da sie beim Schleifen von Abwälzfräsern die kleinere Masse darstellt. Bei Gewindewerkzeugen ist die Schleifscheibe dagegen oft 300 mm groß und schwer. Darum hat Schneeberger bei der NGM tap entschieden, das Werkstück oszillieren zu lassen.

Die Entwicklung der direktangetriebenen Maschinen wurde von FANUC, dem langjährigen Schneeberger-Lieferanten für Steuerungs- und Antriebstechnik unterstützt. Seit 1990 besteht diese Partnerschaft mit FANUC, von der Hartmut Rühl überzeugt ist: „Kein anderer Steuerungshersteller ist weltweit derart gut organisiert. Auch die Qualität und Zuverlässigkeit der FANUC-Produkte ist ausgesprochen hoch.“

Seit 1990 besteht diese Partnerschaft mit FANUC, von der Hartmut Rühl überzeugt ist: „Kein anderer Steuerungshersteller ist weltweit derart gut organisiert. Auch die Qualität und Zuverlässigkeit der FANUC-Produkte ist ausgesprochen hoch.“

Ideal für oszillierende Bearbeitung
Für die oszillierenden Bewegungen gibt es bei Schneeberger keine Alternative zu Linearmotoren. Hartmut Rühl präzisiert: „Pendelhübe von 5 mm mit 15 Hz realisieren wir ausschließlich mit Direktantrieb. Wobei wir diese Bewegungen nicht über G-Code programmieren, sondern über eine Datentabelle. Diese wird dann über eine spezielle FANUC-Softwareoption namens HCC in Maschinenbefehle umgesetzt.“
Mit HCC (Highspeed Cycle Cutting), die FANUC in den Highend-CNC-Steuerungen der Serien 30i und 31i zur Verfügung stellt, lassen sich so präzise und homogene Bearbeitungsabläufe erreichen wie mit keinem anderen Verfahren. Die grundsätzliche Struktur ist einfach: Für jede zu bewegende Achse wird eine Tabelle angelegt, in der in die Relativbewegungen der jeweiligen Achse für ein definiertes Zeitintervall (z.B. 1 Millisekunde) programmiert werden.

Kleine Stellfläche, großer Arbeitsraum
Im vergangenen Jahr stellte Schneeberger mit der NGC eine universelle und sehr kompakte neue Schleifmaschinen-Generation vor. Sie eignet sich für Standard-Werkzeuge wie Stirn-, Radius- und Profilfräser, Hochleistungsbohrer, Reibahlen, Profil-Wendeplatten in HSS, Hartmetall und Cermet. Für den Nachschliff von Verzahnungswerkzeugen, Wälzfräser, Stoßräder und Kegelradmesser gibt es spezifische Software, Schleifprozesse und Spannmittel. Das Produktionsschleifen von Messern für Papier-, Lebensmittel- und Kunststoff-Industrie gehört ebenso zum Leistungsspektrum wie die Bearbeitung scheibenförmige Werkstücke mit spezieller Spannung und automatischer Beladung.

„Der Markt verlangt nach Maschinen, die eine möglichst kleine Stellfläche haben, aber vergleichsweise große Verfahrwege aufweisen“, erklärt Hartmut Rühl. „Mit der NGC haben wir diesen Spagat geschafft.“ Die kompakte 5-Achs-Maschine erlaubt die Komplettbearbeitung von Werkzeugen (Umfang und Stirn) bis 300 mm Schneidenlänge. Das Werkstück darf bis zu 300 mm Durchmesser und eine maximale Werkstücklänge von 500 mm aufweisen. Obwohl sowohl die NGC als auch die NGM Tap zu den eher kleinen Maschinen gehören, bietet sie Schneeberger mit einem Schleifscheibenwechsler und sieben Scheibenpaketen an.

Umstieg auf neue Steuerungsgeneration

Für alle Maschinen des oberen Segments, also auch für die NGM tap und die NGC, verwendet Schneeberger die für die 5-Achs-Bearbeitung prädestinierten FANUC CNC-Steuerungen der Serie 31i-B5 – in einer Variante mit integriertem FANUC Industrie-PC „Panel i”. Dieser ist mit der CNC über den Hochgeschwindigkeitsbus HSSB verbunden. Das ermöglicht dem Schleifspezialisten, sein Know-how in der eigenen Software Quinto mit selbstgestalteter Oberfläche einzubringen.

Auch alle anderen Maschinen von Schneeberger haben den Umstieg auf die neue Fanuc Steuerungsgeneration Model B vollzogen. Bei programmiertechnisch einfacheren Anwendungen wurde die bisherige Power Mate CNC von der Fanuc 35i-B ohne PC-Unterstützung abgelöst. Hartmut Rühl weist darauf hin, dass sich der Begriff „einfacher“ nicht auf die Präzision, sondern lediglich auf die Programmieranforderungen bezieht: „Mit solchen Maschinen lassen sich auch Abwälzfräser in 3A-Qualität nachschärfen. Eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe, für die allerdings nur zehn bis 20 Parameter benötigt werden, was sich vor Ort an der Maschine erledigen lässt.“
Auch an der neuen Fanuc Kompakt-CNC 0i-F meldet Steuerungsfachmann Rühl Interesse an: „Das wäre eventuell eine weitere Alternative für das untere Segment unserer Schleifmaschinen, die nur wenige Achsen haben und keine Mehrkanaligkeit benötigen.“ Mit der zur AMB 2014 erstmals in Europa präsentierten 0i-F präsentierte der CNC-Weltmarktführer sein „Seamless Concept“. Dieses besagt, dass alle Fanuc CNC-Steuerungen einheitlich aufgebaut und vergleichbar zu bedienen sind. Das heißt, sowohl 31i-B5 als auch 0i-F benötigen die gleichen Peripheriekomponenten (Verstärker, I/O etc.) und sind im gleichen Gehäuse untergebracht. Allein die Software macht den Unterschied.

Zeitsparen durch exaktes Messen in der Maschine
Schneeberger hält noch eine weitere Neuheit bereit, die über alle Maschinenreihen und -generationen hinweg angeboten wird: den eignen 3D-Messtaster. Hartmut Rühl nennt den Grund für diese Entwicklung: „Die Maschinen sind mit der Zeit immer genauer und schneller geworden. Da sollte der integrierte Messtaster nicht nachstehen. Um unseren Kunden wirklich die optimale Lösung zu bieten, haben wir einen 3D-Taster entwickelt, der unsere Anforderungen zu 100 Prozent erfüllt.“

So basiert der Schneeberger-Messtaster Zenon auf dem Einsatz von Halbleiter-Dehnmessstreifen (DMS), eine Technik, die sehr hohe Genauigkeit verspricht. Applikationsingenieur Antonio Grasso, der für die Entwicklung verantwortlich ist, erklärt: „Diese Messmethode wird auch von den Marktführern der taktilen 3D-Messtechnik eingesetzt, und wir erreichen damit absolut vergleichbare Ergebnisse.“ Diese Sensortechnologie erreicht eine hohe Wiederholgenauigkeit, die sich auch bei mehreren Millionen Antastungen nicht verändert. Außerdem entfällt das sogenannte „Lobing“, das bei kinematischen Messtastern auftritt.

„Wenn wir den Zenon auf unseren Maschinen mit Linearmotor einsetzen“, führt Antonio Grasso aus, „die sich durch einen besonders steifen Aufbau auszeichnen, erreichen wir Genauigkeiten, die einer externen Koordinatenmessmaschine kaum nachstehen. Das haben wir in vergleichenden Messungen nachgewiesen. Unsere Genauigkeit liegt derzeit garantiert unter einem Mikron, und wir sind dabei, wiederholbare 0,5 µm zu realisieren.“

Der Anwender profitiert beim Einsatz eines solchen integrierten Messtasters vor allem von Zeitvorteilen. Denn er erspart sich das Umrüsten auf die Mess- und wieder Einrichten auf der Schleifmaschine. Das macht sich besonders bei großen Werkzeugen wie Abwälzfräsern oder gar Granulatfräsern bemerkbar, deren Gewicht bis zu einer Tonne betragen kann. „Da dauert allein das Einrichten schon bis zu 30 Minuten“, ergänzt Hartmut Rühl.
Aus Sicht der Qualitätssicherung ersetzt jedoch ein in die Maschine integrierter Messtaster nicht die Messmaschine. Denn wenn beispielsweise die Aufspannung zum Beispiel nicht stimmen würde, könnte man mit dem integrierten Taster keinen Fehler feststellen. Doch Antonio Grasso argumentiert: „Der Anwender gewinnt auf jeden Fall dadurch, dass er seinen Fertigungsprozess beurteilen und reproduzierbare Ergebnisse nachweisen kann. So genügt es ihm vielleicht, nur wenige Teile auf die Messmaschine zu packen, um die absolute Genauigkeit zu verifizieren.“

Steuerungsfunktion beschleunigt das Antasten
Auch bei der Entwicklung des neuen Messtasters hat der Applikationsingenieur eng mit dem Antriebs- und Steuerungslieferant FANUC zusammengearbeitet. Das hat dazu geführt, dass der Tastprozess an sich schneller geworden ist. Denn früher musste man mit dem Taster in einer konstanten Geschwindigkeit an das Bauteil heran fahren. Dazu war es notwendig, vor jedem Antasten einen gewissen Abstand einzuhalten. Die neue Fanuc Steuerungsgeneration Model B bietet nun die Funktion ‚Feed Forward Compensation In Skip‘, die das Anfahren auch in der Beschleunigungsphase erlaubt. „Wir erzielen jetzt die gleiche Genauigkeit nur in wesentlich kürzerer Zeit“, resümiert Grasso. „Da die Fanuc CNC eine Steuerung zur Bearbeitung ist und keine Messsteuerung, die zu jeder Millisekunde die exakten Positionen ausliest, ist das Ergebnis beachtlich. Wir sind in Bereiche vorgedrungen, wo wir teilweise mit reinen Messmaschinen konkurrieren können.“

Die guten Messergebnisse sind nicht auf die Schneeberger Linearmaschinen Sirius und NGM tap beschränkt. Auch mit der NGC wurden Versuche mit sehr guten Ergebnissen abgeschlossen. Zudem ist der Zenon-Taster rückwärtskompatibel. Das heißt, wenn ein Anwender seinen bisherigen Schneeberger-Taster austauschen möchte, kann er das mit einer kleinen Schnittstelle auf einfache Weise tun.

Pionier des Werkzeugschleifens
Bereits im Jahre 1923 gründete Walter Schneeberger das gleichnamige Unternehmen. Zwei Jahre später brachte er die R1, eine universell einsetzbare Werkzeugschleifmaschine auf den Markt. In einer technischen Vorreiter-Rolle entwickelte und baute das Unternehmen 1985 die ersten CNC gesteuerten Profil-Schleifmaschinen. Damit brach eine neue Ära der Werkzeugqualität an. 1990 führte Schneeberger das 5-Achsen-Schleifkonzept im Markt ein, 2003 die erste Maschine mit Linearantrieben, die Sirius HPM. Zum heutigen Produktprogramm des 170 Mitarbeiter starken Unternehmens gehören außerdem die CNC-Schleifmaschinen Corvus, Gemini und Norma mit Leistungen bis 40 kW. Außerdem bietet Schneeberger mit der Aries-Linie eine kostengünstige Alternative zur 5-Achsen-Technik im Nachschärfen. Neben der Zentrale in Roggwil existieren Tochterfirmen in Deutschland, Frankreich, Italien, USA und China sowie mehr als 20 Vertretungen weltweit.