Toolcraft fertigt nicht nur selbst im Kundenauftrag mit 60 CNC-Maschinen, sondern baut auch schlüsselfertige Produktionsanlagen. Dabei kann Toolcraft auch auf Know-how aus Bereichen wie Spritzguss- und Formenbau, additive Fertigung und Robotik zurückgreifen. „Egal in welcher Technologie wir uns bewegen, wir wollen immer die Kompetenz haben, um Komplettlösungen anbieten zu können“, erklärt Daniel Distler, Bereichsleiter Robotik mit Schwerpunkt Vertrieb und Personal.
Das Spektrum reicht bis hin zu komplexen Anlagen mit Integration in Bestandsanlagen. „Es ist nicht immer einfach, Maschinen mit neuer Technologie beim Endkunden mit Bestandssteuerungen zu verbinden, aber mit einer flexiblen Steuerungstechnik funktioniert das“, ergänzt Andreas Bauer, Bereichsleiter Robotik mit Schwerpunkt Engineering.
PC-based Control macht flexibel
Daher greifen Andreas Bauer und Daniel Distler gerne auf PC-based Control zurück, beispielsweise bei den Fertigungszellen mit 7-Achs-Fräsrobotern für die Bearbeitung von Bauteilen auf CNC-Niveau. „Die TwinCAT CNC war die erste Steuerung mit integrierter Schnittstelle zur Stäubli-Robotersteuerung. Dieses Technologiepaket hat uns vieles bei der Umsetzung des Projekts erleichtert“, erinnert sich Andreas Bauer.
Ein Kunde fräst mit Toolcrafts Bearbeitungszelle beispielsweise Grundgestelle für die Wafer-Produktion aus großen Siliziumcarbit- und Graugussblöcken. Anfangs arbeitete der Kunde noch mit klassischen 5-Achs-CNC-Maschinen. Doch beim Fräsen des harten Materials entsteht feinster Staub, der in jedes Lager eindringt und in kurzer Zeit massive Probleme verursacht. Die CNC-Maschinen waren schnell zerschlissen.
„Wir wussten, dass wir mit der TwinCAT CNC die geforderte Genauigkeit von 2/10 mm in einem Bearbeitungsbereich von bis zu 1 m³ erreichen, die Stäubli-Roboter abdichten und mit Überdruck beaufschlagen können“, betont Daniel Distler. Dieses Know-how stammt aus Projekten, bei denen Roboter so abgedichtet wurden, dass sie selbst in 20 m Wassertiefe noch zuverlässig funktionieren.
Roboterfräsen mit Köpfchen
Das Thema „Roboter in der Teilebearbeitung“ ist Toolcraft sehr konsequent angegangen: „Wir haben lange überlegt, wohin wir beim Roboterfräsen wollen und dann natürlich wie“, erklärt Daniel Distler. Beim Projektstart 2018 wurden in einem „Best of breed-Ansatz“ alle Bestandteile einer Bearbeitungszelle unter die Lupe genommen: Roboter, Drehtisch, Werkzeugwechsler, Frässpindel und natürlich die Steuerungstechnik. Andreas Bauer: „Aus unserer Expertise der letzten acht Jahre kennen wir die Stärken und Schwächen der verschiedenen Kinematiken und Konstruktionen genau.“ Dieses Know-how wurde genutzt, um zusammen mit einem Roboteranbieter eine Kinematik zu entwickeln, welche Steifigkeit, Staub-/Wasserdichtigkeit, Traglast und Reichweite steigert.
Das Ergebnis ist die aktuelle Konfiguration einer Bearbeitungszelle mit Highend-CNC-Roboter auf Basis einer neuen Kinematik. „Bei der neuen Generation setzt Toolcraft zusätzlich zu TwinCAT CNC auch die Servoverstärker und Servomotoren von Beckhoff ein“, berichtet Alexander Klos, Vertrieb, Beckhoff Niederlassung Nürnberg.
Der Roboter wurde an allen Achsen mit doppelt gelagerten Getrieben und Encodern auf der An- und Abtriebsseite ausgerüstet. Zudem wurde die Spindelaufnahme modifiziert. Die steuerungstechnische Basis des Fräsroboters bildet der leistungsstarke Embedded-PC CX2040 in Kombination mit dem CNC-Multitouch-Control-Panel CP3921–1502–0010, welches über CP-Link 4 mit nur einer Ethernet-Leitung (CAT.6A) mit dem Embedded-PC verbunden ist. Die Servoantriebe AM8000 und das Multiachs-Servosystem AX8000 sowie TwinCAT CNC runden das System ab.
Durchgängiges Portfolio
„Der Wechsel von Stäubli auf einen weiteren Robotertyp mit anderer Mechanik, Kinematik und unserer Antriebs- und Servoverstärkertechnik war schnell möglich“, stellt Alexander Klos zwei wichtige Eigenschaften von PC-based Control heraus: Offenheit und Flexibilität. Mit dem durchgängigen Beckhoff- Portfolio, von der CNC über die Servoverstärker bis hin zu den Motoren, gewinnt Toolcraft ganz andere Optimierungsmöglichkeiten. „Der direkte Zugriff auf alle Parameter hat einen hohen Anteil an der nochmals verbesserten Präzision“, so Andreas Bauer.
Beispielsweise wurde über die abtriebsseitigen Encoder und passende Regelalgorithmen die geringe, aber noch vorhandene Hysterese der Getriebe weiter kompensiert. Auch bei hoher Krafteinwirkung, z. B. beim massiven Fräsen, werden die Achsen schnell und präzise nachgeführt.
Offen für weitere Technologien
Flexibel bleibt Toolcraft auch bei der Wahl der Feedbacksysteme und dem Einsatz anderer Technologien: Die Servoverstärker unterstützen viele Geberschnittstellen und über EtherCAT stehen zusätzliche Optionen zur Verfügung. „Wir überlegen, Kamerasysteme für die Erfassung und das automatische Einlegen der Bauteile zu integrieren“, so Andreas Bauer.
Auch bei dem Ziel einer durchgängigen Prozesskette – von der CAD-Zeichnung bis zum Bearbeitungsprogramm – hilft PC-based Control. Daniel Distler: „Wir wollen Anwendern die Angst vor der Bedienung und Programmierung der Roboter nehmen, gleichzeitig aber mehr Freiheitsgrade bei der Bearbeitung zur Verfügung stellen.“ Postprozessoren und die Koordinatentransformation laufen auf dem Embedded-PC daher parallel zur Bahnsteuerung des CNC-Roboters. Deshalb lassen sich die Bearbeitungsprogramme wie gewohnt in G-Code programmieren und aus den üblichen CAD/CAM-Programmen generieren. „Wir wollen, dass der Roboter mit der CAM-Software des Anwenders einwandfrei zusammenarbeitet“, so Daniel Distler.
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
www.beckhoff.com/twincat
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