Die MK 36 L ist die erste Maschine, die mit einem Faserlaser von Fanuc kombiniert wurde. In der nächsten Ausbaustufe kommt noch ein Roboter zum Be- und Entladen hinzu.
Foto: Fanuc Europe

Werkzeugmaschinen

Wie eine Hybridlösung Einsparung ermöglicht

Maier Werkzeugmaschinen hat einen neuen Maschinentyp kreiert. Eine Drehmaschine und ein Fanuc Faserlaser ergeben einen neuartigen Hybrid.

Michael Maier sieht sich und sein Unternehmen als Nischenanbieter. Die Serie ist nicht sein Ding: „Wir sehen uns als Lösungspartner für Sonderanwendungen. Basis dafür sind in aller Regel Maschinenmodule.“ Daran arbeiten am Sitz des Familienunternehmens in Wehingen rund 70 Mitarbeiter, die etwa 90 Maschinen pro Jahr bauen. Der Umsatz lag zuletzt bei 15 Mio. Euro. Maier weiß, dass im Wettbewerb vor allem zwei Dinge zählen: Qualität und Technologie. Deshalb verwundert es auch nicht, dass die Fertigungstiefe hoch ist. „Alles was wir brauchen, machen wir selbst – und zwar nur für uns.“

Kundenspezifische Lösungen aus bewährten Modulen

Im Marktsegment kleinerer Drehmaschinen kann man entweder über Serienproduktion oder über technologische Neuerungen bestehen. Maier hat sich dafür entschieden, weitgehend kundenspezifische Maschinen aus bewährten Modulen zu bauen. Die neue MK 36 L von Maier Werkzeugmaschinen ist die erste Maschine überhaupt, die mit einem Faserlaser von Fanuc kombiniert wurde. Angeboten werden die Maschinen in Hybridbauweise in mehreren Größen bis zur MK 20 L, wobei die Zahl den jeweils maximalen Durchmesser von Haupt- und Gegenspindel angibt. Das „L“ in der Typenbezeichnung weist auf den integrierten Laser hin.

Faserlaser mit 3 kW Strahlleistung integriert

Das Projekt hatte Fanuc aufgrund des technologischen Knowhows von Maier angeregt – und musste den Maschinenbauer nicht lange bitten. Im Prinzip besteht die neuartige Hybridmaschine nun aus der Kombination einer Basismaschine – in diesem Fall einer ML Basic 36 – mit dem Faserlaser FF 3000i A von Fanuc. Hierbei handelt es sich um die Version mit 3 kW Strahlleistung; die Baureihe dieser Laser ist in kW-Schritten von 1 kW bis 6 kW Leistung skaliert. Sie arbeiten mit einer Wellenlänge von 1,064 µm.

Von der Maschinengröße her bleibt die MK 36 L im Rahmen dessen, was Kunden von Maier Werkzeugmaschinen kennen. Die Werkstücke dürfen im Bereich von 100 mm × 100 mm × 100 mm liegen. Der Vorteil: Mit dem Laser lässt sich im Vergleich zu einer herkömmlichen Bearbeitung deutlich mehr Material abtragen, ohne dass die Maschine deswegen steifer und mächtiger konstruiert und gebaut werden muss: „Da keine zusätzlichen Kräfte auftreten, kann die Maschine von der Konstruktion her klein bleiben“, so Maier.

Laser verschleißt durch Bearbeitung nicht

Zudem unterliegt der Laser beim Schneiden prinzipbedingt keinem Verschleiß, jedenfalls nicht durch die Bearbeitung selbst. Das ist ein Vorteil, der insbesondere bei schwerzerspanbaren Werkstoffen mit häufig erforderlichen Werkzeugwechseln positiv zu Buche schlägt. Der Firmenchef: „Die Schnitte sind komplett gratfrei.“ Die Synchronisation des Laserstrahls mit der Steuerung ist für ihn der entscheidende Fortschritt: „Damit können wir viel feiner und genauer schneiden.“ Der Gewinn liege in der erfolgreichen Zusammenführung der unterschiedlichen Prozesse.

Bei Musterwerkstück war der Laser 50-mal schneller

Nicht in jeder Anwendung fällt der Vorteil so deutlich aus wie bei dem kleinen Schlitz, den der Laser bei seiner Premierenpräsentation in der Maier-Maschine in ein Musterwerkstück schneidet. Mit einem konventionellen Werkzeug könnte man gar nicht so hohe Vorschubgeschwindigkeiten fahren. Da sei der Laser 50-mal schneller.

Allerdings sollte auch der Laser nicht „volle Kraft voraus“ ins Material fahren. Denn träfe der Laserstrahl mit voller Leistung auf ein Werkstück, bestünde bei kaltem Material die Gefahr von Anlassverfärbungen. Hier zeigt sich die gute Regelbarkeit des Systems aus Laser, CNC und Servotechnik von Fanuc. Mit kurzem Pulsen und entsprechend synchronisiertem Vorschub wird das Material zunächst erwärmt, bis die Schnittbewegung mit voller Leistung gefahren wird. „Mit dieser Technologie haben wir ein exzellentes zusätzliches Werkzeug, bei dem der Bediener nicht durch eine zusätzliche Steuerungsoberfläche überfordert wird“, ist Maier überzeugt.

Neues Fanuc Panel zur Handhabung der Abläufe

Den kombinierten Abläufen in der Maschine sehr entgegen kommt das erstmals eingesetzte Fanuc Panel iH Pro mit 21,5-Zoll-LCD. Das neue Display der iHMI-Serie ist mit einem Full-HD-Display ausgestattet und kann mehrere Informationen gleichzeitig anzeigen. Die Bediener können dadurch das Handbuch und den Bedienbildschirm parallel aufrufen und haben so alle Informationen im Überblick, ohne zwischen mehreren Oberflächen wechseln zu müssen.

In der jetzt schon geplanten nächsten Ausbaustufe kommt die komplette Integration von Laserfunktionen in die Standard-CNC-Serie 30i/31iB. Für diese Funktionen ist bislang eine dezidierte Lasersteuerung von Fanuc erforderlich. Mit der Integration dieser Funktionen ist dann mit den Fanuc-CNC eine nochmal optimierte, genau synchronisierte Kombination von Laserbearbeitung mit konventionellen Techniken wie Drehen oder Fräsen auf einer Maschine einfach zu realisieren. Qualitativ hochwertige Ergebnisse liefert das Maier-Bearbeitungszentrum heute schon.

Bearbeitungsschritte lassen sich auf Monitor verfolgen

Um gut beobachten zu können, was in der Maschine passiert, ist über dem Fanuc Panel ein Monitor installiert. Maier: „Das brauchen wir in der Praxis.“ Dank einer Raspberry-Pi-Kamera im Inneren der Maschine lassen sich die Bearbeitungsschritte sehr detailliert beobachten. Geplant ist der Einbau eines Mikrofons. Die derart mit Sensorik ausgestattete Maschine ist ein erster, aber deutlicher Schritt in Richtung Vernetzung und Industrie 4.0.

Der Geschäftsführer formuliert das Konzept seiner Maschinen so: „Wenn wir ein Bauteil einmal in der Hand haben, geben wir es nicht gerne wieder her.“ Das gelte erst recht für die Hybridmaschinen. Taktzeiten, so sein Credo, holt man in den Nebenzeiten heraus. Das ist ein bisschen so, wie bei seinem Hobby-Oldtimer-Rennen. Da zählt oft die höhere Kurvengeschwindigkeit, nicht nur das Spitzentempo auf einer Geraden.

Zustand der Maschine kann überwacht werden

Könnte eine solche Maschine Auswirkungen auf die Konstruktion haben? Dazu Maier: „Klar, mit den kombinierten Bearbeitungsverfahren lassen sich konstruktiv ganz andere Dinge machen.“ Einen idealen Prozess gibt es gleichwohl nicht. Überhaupt gelte es jetzt, möglichst viele Bearbeitungsdaten, einen Erfahrungsschatz, zu sammeln und eine entsprechende Datenbank anzulegen.

Dass die Maschine über die Rasperry-PI-Plattform auch bereits Field-fähig (Fanuc Intelligent Edge Link and Drive System) ist, hat sie auf der Messe EMO im vergangenen Jahr bereits unter Beweis gestellt. Leitgedanke dabei war es hauptsächlich, den Zustand der Maschine überwachen zu können – wenn es sein muss auch über ein Smartphone im Büro. Die erste Maschine – so der Plan – geht „in Richtung Bodensee“, wie Firmenchef Maier sagt. Und er ergänzt stolz: „Das ist ein Neukunde, den wir mit unserer Präsentation auf der EMO überzeugt haben.“

Hybrid macht zweite Maschine überflüssig

In der Kosten-Nutzen-Rechnung punktet die MK 36 L damit, dass (bei einem ausgewählten Werkstück aus dem Fertigungsprogramm des Kunden) alle Bearbeitungsschritte in einer Aufspannung erledigt werden und eine zweite Maschine eingespart werden kann. Zudem verkürzen die Laserschnitte die Taktzeit ganz enorm. Den Kosten für den Betrieb des Lasers – Strom und Gas – stehen die Einsparungen gegenüber, weil das Werkzeug keinem Verschleiß unterliegt. Maier: „Fanuc hat uns 100.000 Stunden Garantie auf den Faserlaser gegeben.“

cd

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