Clevere Systemkombination Spindelkopf kommuniziert über Funkschnittstelle eines Messtasters

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Zerspanen Von  Maxime Mader veröffentlicht am  12/04/2021
Clevere Systemkombination Spindelkopf kommuniziert über Funkschnittstelle eines Messtasters
Der neue Feinspindelkopf KOMflex von CERATIZIT nutzt die Funktechnik eines BLUM-Messtasters (Funkschnittstelle RC66 links oben im Bild) zur intelligenten Bohrungsfertigung mit Selbstkorrektur (Schneidenkompensation). Er bietet sich zur automatisierten Bearbeitung von Lagersitzen und hochpräzisen Zylinderbohrungen an. Bilder: CERATIZIT

Das ist weltweit einmalig: Das neue, intelligente Feinspindelsystem KOMflex von CERATIZIT kommuniziert mit der BLUM Funkschnittstelle RC66. In Kombination mit einem beliebigen Messaufnehmer ermöglicht dies eine vollautomatische Durchmesserkorrektur bei Präzisionsbohrungen. CERATIZIT nutzt das System bereits im KOMET-Werk in Besigheim – sowohl in der Fertigung als auch auf einem hochmodernen Heller 5-Achs-BAZ im Vorführzentrum.

Die Digitalisierung ist bereits in vielfältiger Weise in die Produktionshallen verschiedenster Branchen eingezogen. Auch die Werkzeughersteller sind bestrebt, die Vorteile des digitalen Datenaustauschs in unmittelbaren Anwendernutzen umzusetzen. Michael Renz, Leiter der Produktlinie Aussteuerwerkzeuge bei CERATIZIT in Besigheim, ist überzeugt: „Die Zukunft gehört intelligenten Werkzeugen, die sich selbst überwachen und korrigieren können. Denn dadurch wird die Zerspanung flexibler, sicherer, präziser und kostengünstiger.“
Entsprechend treibt Renz die Digitalisierung „seiner“ mechatronischen Aussteuerwerkzeuge permanent voran und sucht Verbündete für die Entwicklung neuer Werkzeuglösungen. In der Blum-Novotest GmbH, einem renommierten Hersteller innovativer und präziser Mess- und Prüftechnik, hat er einen idealen Partner gefunden: „Wir haben bereits vor Jahren bei einem Kundenprojekt mit unserer U-Achse sehr gut zusammengearbeitet, und auch zuletzt beim staatlich geförderten BaZMod-Forschungsprojekt, wo es um den optimierten Energie- und Datentransfer zwischen Maschine und Werkzeug ging.“
In diesem Umfeld wurde die Idee zum Feinspindelkopf KOMflex geboren. Seine Besonderheit: die integrierte Funkeinheit, die über die BLUM Standardfunkschnittstelle mit der Maschinensteuerung bidirektional Daten austauschen kann. Dadurch ist ein Closed-Loop-Betrieb aus Zerspanen mit dem KOMflex, Messen mit beispielsweise einem Messtaster sowie Korrigieren der Schneidenposition gegeben – und damit eine automatische Durchmesserkorrektur des Feinspindelwerkzeugs. Die erwünschte Folge: weniger Stillstandzeiten durch fehlenden manuellen Eingriff, kürzere Fertigungszeiten und erhöhte Transparenz sowie wirtschaftliche Effizienz.

Der neue Feinspindelkopf KOMflex von CERATIZIT ist kompakt aufgebaut und leistungsstark. Er lässt sich mit Drehzahlen bis zu 8000 min-1 betreiben und gewährleistet eine Verstellpositionierung mit einer Auflösung von 0,001 mm. Der Verstellbereich beträgt +-0,25 mm.

Die Kombination aus Messtaster und Feinspindelkopf ist einzigartig.

Werkzeug- und Messtechnik-Know-how miteinander kombiniert
Für den neuen Feinspindelkopf war es nicht damit getan, eine Kommunikationseinheit anzudocken. Das hat sich bereits in den ersten Vorbesprechungen und Untersuchungen im CAD herauskristallisiert, wie Markus Majer, Key Account Manager Messkomponenten bei Blum-Novotest, erwähnt: „Wenn wir reine Standardkomponenten zusammengefügt hätten, wäre das Ergebnis zu groß und klobig geworden. Deshalb haben wir gemeinsam ein neues Konzept erarbeitet, wie sich Werkzeug-, Funk- und Batterieeinheit optimal verheiraten lassen. Die Zusammenarbeit war wirklich ziel- und produktorientiert – mit einem Ergebnis, von dem wir alle überzeugt sind.“
Das heißt, der Feinspindelkopf KOMflex ist mit einem Außendurchmesser von 63 mm und 100 mm Länge ein sehr kompaktes Werkzeug geworden. „Um 20 mm kürzer als in den ersten Plänen“, freut sich Markus Majer. „Diese Kompaktheit unterscheidet ihn von ähnlichen Produkten anderer Anbieter. Wobei sein größter Pluspunkt in der automatischen Ansteuerung über unsere RC66-Funkschnittstelle liegt.“ So kann er durch den Betrieb in einem geschlossenen Regelkreis auch in mannlosen Schichten über lange Zeit µm-genaue Bearbeitungen ausführen.
Mit dem autonomen Betrieb des Feinspindelkopfs steigt auch die Sicherheit für den Bediener. Denn wenn er zu Mess- und Korrekturzwecken in die Maschine eingreifen müsste, ist das nicht nur wegen tropfendem Kühlschmiermittel unangenehm, sondern bei Großmaschinen auch mit hoher Rutschgefahr verbunden.

Auch der BLUM-Messtaster tauscht über die RC66-Schnittstelle (hier links oben im Maschinenraum installiert) Daten mit der Maschinensteuerung aus.

Hohe Leistung auf kompaktem Raum
Der 1,5 kg leichte Feinspindelkopf KOMflex verfügt über eine ABS 50-Aufnahme als Trennstelle zur Maschine hin. Die ABS 50 Trennstelle weist hierbei den großen Vorteil auf, auf verschiedenste Maschinenschnittstellen flexibel adaptieren zu können, bspw. ABS50 auf HSK-63A. Für die Zerspanungswerkzeuge steht eine kombinierte Schnittstelle aus ABS 32, einer zylindrischen Werkzeugaufnahme mit 16 mm Durchmesser und einer verzahnten Fläche für Brückenwerkzeuge etc. zur Verfügung. Damit lässt sich der komplette KOMET-Spindelbaukasten von CERATIZIT nutzen.
Überzeugend sind auch die weiteren technischen Daten: Der KOMflex lässt sich mit Drehzahlen bis zu 8000 min-1 betreiben und gewährleistet eine Verstellpositionierung mit einer Auflösung von 0,001 mm im Radius. Der Verstellbereich beträgt +/– 0,25 mm. Je nach Werkzeug lassen sich Bohrungen mit einem Durchmesser zwischen 1 mm und 120 mm ausspindeln. Im nach IP67 geschützten Gehäuse ist ein Batteriefach integriert, das zwei einfach austauschbare Batterien fasst. Diese liefern die Power für über 2000 Korrekturzyklen.
Durch seinen wartungsfreien Antrieb ist der Feinspindelkopf KOMflex sehr robust. Die patentierte zentrische Anordnung des Motors und seiner umgebenden Ringplatine lässt es zu, dass die Schneide sogar unter Drehzahl verstellt werden kann. Die Entwickler verzichteten bewusst auf einen Unwuchtausgleich, da dieser mit erhöhter Masse und zusätzlichen Kippmoment verbunden wäre. Michael Renz erklärt: „Durch die zentrische Anordnung der Bohrstangen ist ein Unwuchtausgleich nicht erforderlich. Außerdem kann der Spindelkopf bei Bedarf feingewuchtet werden.
Für gewöhnlich wird der KOMflex über die Maschinensteuerung angesteuert. Dazu enthält er eine BLUM-Funkeinheit bis acht Meter Reichweite, die mit der in der Maschine integrierten Funkschnittstelle RC66 kommuniziert. Zum Voreinstellen verfügt der KOMflex über einen manuellen Modus, indem sich der Kopf mittels eines Magnetstift und zwei Magnetsensoren einstellen lässt. Diese Einheit ist von einem nichtmagnetischen Stahlring umgeben, der dem Spindelkopf eine hohe Stabilität verleiht.
Michael Renz ist von einer kurzen Amortisationszeit überzeugt: „Allein durch die jetzt mögliche Automatisierung von Bearbeitungsvorgängen wie dem Spindeln von Lagersitzen oder hochpräzisen Zylinderbohrungen rechnet sich unser neuer Feinspindelkopf sehr schnell. Besonders, wenn die BLUM Funkschnittstelle RC66 schon in der Werkzeugmaschine vorhanden ist.“ Markus Majer ergänzt: „Das ist häufig der Fall. Denn wir gehören bei vielen wichtigen Werkzeugmaschinenherstellern zu den Erstausstattern, was unsere Messtaster und auch die RC66 anbelangt.“
Für den Fall, dass in der Maschine bereits Messtaster anderer Anbieter installiert oder externe Messrechner in Betrieb sind, kann der neue Feinspindelkopf KOMflex auch mit diesen kommunizieren. Voraussetzung für seinen Betrieb ist lediglich die auch nachrüstbare Funkschnittstelle RC66.

Vorteil für den Maschinenbediener: Einmal eingerichtet arbeitet der Feinspindelkopf KOMflex voll automatisch. Ein manuelles Nachjustieren ist nicht mehr erforderlich.

Feinspindelkopf KOMflex im Closed-Loop-Betrieb

Beste Erfahrungen in der eigenen Fertigung
Inzwischen liegen bei CERATIZIT Erfahrungswerte aus dem eigenen Fertigungsbereich vor. Denn im KOMET-Werk in Besigheim wird der KOMflex bereits seit ein paar Monaten zum Feinspindeln von ABS-Bohrungen eingesetzt. Die Fertigungsmitarbeiter haben Michael Renz bestätigt, dass sie jetzt in kürzerer Zeit die festgelegten Qualitätsanforderungen sicher einhalten können: „Keiner muss mehr die Werkzeugmaschine anhalten, um Messungen am Werkstück vorzunehmen und um gegebenenfalls den Feinverstellkopf nachzujustieren.“
Für Kunden und Interessenten kann CERATIZIT die Vorteile des neuen Feinspindelkopfes KOMflex in den Test- und Vorführräumen des Besigheimer Werks demonstrieren. Denn das dort vor kurzem in Betrieb genommene Heller 5-Achs-Bearbeitungszentrum HF5500 ist mit allen relevanten BLUM-Komponenten ausgestattet. Für Michael Renz ist diese hochpräzise Maschine die ideale Basis, um die Leistungsfähigkeit seiner Aussteuerwerkzeuge an diversen Test- und Kundenbauteilen zu beweisen: „Die HF5500 ist für den Einsatz unseres neuen KOMflex sowie den KomTronic U-Achs-Aussteuerwerkzeuge vorbereitet.“
Wichtig ist an dieser Stelle auch, dass die RC66-Schnittstelle in der Lage ist, bis zu 16 verschiedene KOMflex-Werkzeuge anzusteuern. „Das kann zum Beispiel für die Bearbeitung einer komplexen Lagerplatte günstig sein, in die verschiedene Lagersitze eingebracht werden müssen. Nur für mehrspindlige Bearbeitungen müssen auch mehrere Funkschnittstellen installiert werden, da die Signale parallel zur Verfügung stehen müssen“, erklärt der Leiter der Produktlinie Aussteuerwerkzeuge.

Michael Renz, Leiter der Produktlinie Aussteuerwerkzeuge bei CERATIZIT, und Markus Majer, Key Account Manager Messkomponenten bei Blum-Novotest, freuen sich über die gemeinsam erreichten Entwicklungsergebnisse in Form des Feinspindelkopfes KOMflex.

Eine entscheidende Voraussetzung für den Closed-Loop-Einsatz ist die in die Maschine integrierte BLUM-Funkschnittstelle RC66, über den der Spindelkopf KOMflex und der BLUM-Messtaster angesteuert werden. Über ein im Schaltschrank verbautes Hutschienenmodul und Bus-Technik können beide mit der Maschinensteuerung bidirektional Daten austauschen.

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