Kollaborative Produktivitätssteigerung

Das Wissen um Verschleißformen und -verhalten hat Element Six, Hersteller von Hochleistungswerkstoffen, den Durchbruch bei der Entwicklung eines neuen PCBN-Schneidstoffes verschafft.Ein Schwerpunkt während der intensiven Testphase war die Implementierung von automatisierten Testreihen. Das und die Möglichkeit, Werkzeug und Werkstück direkt in der Maschine messen zu können, hat erheblich dazu beigetragen, „die Leistungssteigerung zu erreichen, die wir uns zum Ziel gesetzt haben“, bestätigen die Experten von Element Six.

Bearbeitungsgeschwindigkeiten von 300 m/min, kalkulierbares Verschleißverhalten und eine bis zu 50 % höhere Standzeit bei der Bearbeitung von gehärtetem Stahl sind die Vorteile, die Element Six mit der neuesten PCBN-Generation seinen Kunden aus der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie dem Maschinenbau zusichert. Pure Cut soll bei PCBN-Fertigungsprozessen eine erhebliche Produktivitätssteigerung bei gesenkten Werkzeugkosten bewirken. Eine der Variablen, die zur Entwicklung des neuen Werkstoffes beigetragen haben, war der Einsatz von hochgenauer, automatisierter Alicona-Messtechnik. Der Spezialist von Hochleistungswerkstoffen im UK nutzt Alicona-Messsysteme unter anderem zur Analyse von Werkzeugverschleißformen und Verschleißverhalten während unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen.

Ein Herzstück der Testphase zum neuen PCBN-Schneidstoff war die Implementierung von automatisierten Testreihen, die Element Six mit dem kollaborativen Messsystem Compact Cobot umgesetzt hat. Werkzeug und Werkstück werden damit vollautomatisch direkt in der Drehmaschine gemessen.

Bei der Entwicklung des Schneidstoffes lag der Fokus auf der Messung von Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß und Flankenverschleiß. Die Möglichkeit, Testreihen mit dem Compact Cobot zu automatisieren, hat dazu beigetragen, die neue PCBN-Technologie in höchstmöglicher Effizienz produktreif zu machen. „Die Produktivität von Testreihen hängt stark von der Datenmenge ab, die mit einem Messsystem gewonnen werden kann. Üblicherweise ist das limitiert auf die manuelle Nutzung eines Messsystems durch einen Bediener“, erklärt Dr. Wayne Leahy, Leiter des Fachbereichs Schneiden und Schleifen.

Leahy weiter über die Vorteile, die Element Six mit automatisierten Messungen bzw. dem Compact Cobot-System gewonnen hat: „Automatisierte Messreihen erhöhen die Menge an verfügbaren Daten um ein Vielfaches. Genau deswegen haben wir den Compact Cobot gekauft. Die Kombination von großer Datenmenge und hoher Messpunktdichte der Messungen hat uns den Durchbruch bei der Optimierung von PureCut verschafft.“

Wesentlicher Teil des Kerngeschäfts von Element Six ist auch die Entwicklung und Implementierung von neuen, ganzheitlichen Fertigungsstrategien in der Zerspanungstechnik. Ziel ist die Kommunikation und Vernetzung von Produktionssystemen, Maschinen und Messtechnik. Der Experte im Bereich Hochleistungswerkstoffe ist sehr genau bei der Wahl seiner Partner. Sie spielen eine wesentliche Rolle, die vollautomatisierte Fertigung mit machine-to-machine-Kommunikation mittelfristig umsetzen zu können. Das gilt auch und besonders für Partner in der Messtechnik. Produktionstauglichkeit, Automatisierung und Anbindungsmöglichkeiten an bestehende Produktions- und Qualitätsmanagementsysteme sind Grundvoraussetzungen, die Fertigungsmesssysteme für die Qualitätssicherung mitbringen müssen. Daher hat man sich bei Element Six, das schon mehrere Messsysteme aus der InfiniteFocus-Serie im Einsatz hat, einmal mehr für den Invest in ein Alicona-Messsystem entschieden.

Zum einen ist das optische kollaborative Messsystem, basierend auf der Technologie der Fokus-Variation, so robust, dass auch in der Produktionslinie hochauflöse Messungen in hoher Messgeschwindigkeit wiederholgenau gewonnen werden. Automatisierte und damit mannlose Messungen werden durch das Softwareinterface ‚AutomationManager‘ umgesetzt. Zum anderen verfügt der Cobot über Schnittstellen wie TCP/IP, Modbus/TCP oder Anybus und kann somit an bestehende Produktionssysteme angebunden werden. Diese Integration ermöglicht in weiterer Folge die Kommunikation zwischen den einzelnen Maschinen und liefert so einen Beitrag zur Umsetzung von selbststeuernder, sich selbst korrigierender

Produktion.

Mit der Einführung der automatisierten Test- und Messprozesse mit dem Compact Cobot legt Element Six den Grundstein für dieses moderne Fertigungskonzept. Sowohl das Werkzeug, eine Wendeschneidplatte, als auch das Werkstück werden automatisch direkt in der Drehmaschine gemessen. Leahy beschreibt den Stand der Dinge wie folgt: „Eine zentrale Steuerung startet den Testprozess. An einem definierten Punkt stoppt die Drehmaschine, die Türe öffnet sich und ein weiteres Signal setzt den Cobot in Gang. Der Roboterarm mit 3D-Messsensor wird automatisch in die Werkzeugmaschine manipuliert und misst zuerst vordefinierte Schneidkantenparameter der Wendeschneidplatte. Dann fährt der Sensor weiter zum Werkstück und misst die Rauheit, wodurch wir die Oberflächengüte verifizieren. Danach kommt der Roboterarm zurück in die Ausgangsposition. Sämtliche Messungen erfolgen ohne Ausspannen der Bauteile.“

Der nächste Schritt, so Wayne Leahy, ist die automatische Korrektur von Maschinenparametern auf der Basis der Messergebnisse. „Der Cobot gibt Messwerte bzw. ein OK- oder nicht-OK-Signal an die Drehmaschine weiter. Wenn das Werkzeug nicht den vorgegebenen Toleranzen entspricht, ändert die Drehmaschine gewisse Maschinenparameter automatisch. So wird das Erstteil bereits als Gutteil produziert“, erklärt Wayne Leahy die Folgeschritte.

Es gibt einen weiteren Aspekt, der entscheidend bei der Umsetzung von ganzheitlichen Fertigungsstrategien mit automatisierter Messtechnik ist. Messsysteme müssen einfach und ohne Programmierkenntnisse bedienbar sein. Alicona erfüllt diese Bedingung. Das Einlernen von Messreihen durch einen Administrator erfolgt in nur drei Schritten. Spezielle Programmierkenntnisse sind nicht notwendig. Die Messung wird per Knopfdruck gestartet, das Messergebnis ist bedienerunabhängig. Element Six kennt und schätzt die intuitive Benutzerführung und auch das dritte Alicona-System, der Compact Cobot, wird den hohen Ansprüchen der Anwender gerecht. „Es dauerte in etwa einen Tag, einen Bediener auf den Cobot einzuschulen. Die Handhabung und Benutzerführung ist extrem einfach und intuitiv aufgebaut“, so die Bilanz von Wayne Leahy.

Alicona stellt auf der Control mit dem Compact-Cobot sein neuestes kollaboratives System und damit die Erweiterung der bestehenden Cobot-Serie vor. Während der Disk-Cobot und der Tool-Cobot vorwiegend branchenspezifische Lösungen für die Luftfahrt und den Form- und Werkzeugbau sind, ist der neue Compact-Cobot eine universelle Lösung zur Messung der Oberflächengüte und Prüfung der dimensionellen Genauigkeit.

Alicona-Cobots kombinieren einen kollaborativen 6-Achs-Roboter und einen optischen 3D-Messsensor, der auch unter Produktionsbedingungen wiederholgenaue und rückführbare Messungen in hoher Auflösung liefert. Handling, Programmierung und Messung von eingelernten Messreihen erfordern keine Messtechnikvorkenntnisse.

cd