Arbeitsraum der Gemini-Schleifmaschine von Schneeberger

Schleifmaschinen werden immer schneller und präziser. Aber auch andere Trends prägen die Branche, wie beispielsweise Software-Lösungen und die Automatisierung. - Bild: fertigung

| von Julia Dusold
Aktualisiert am: 19. Aug. 2020

Das sind die aktuellen Trends bei CNC-Schleifmaschinen:

Eines hat sie gezeigt, die Coronakrise: Automatisierung, Digitalisierung und Vernetzung sind in der Produktionstechnik unverzichtbar, auch wenn es um das Schleifen geht. Die Hersteller von CNC-Schleifmaschinen entwickeln daher Lösungen für und rund um die Maschinen, die den Anforderungen der Anwender und der Industrie 4.0 gerecht werden sollen. FERTIGUNG hat für Sie herausgefunden, welche Themen momentan bei Schleifmaschinen besonders angesagt sind.

1. Die Digitalisierung hat CNC-Schleifmaschinen fest im Griff

Die Digitalisierung zieht sich durch alle Lebensbereiche und macht auch vor CNC-Schleifmaschinen nicht halt. Es geht dabei um mehr als nur Vernetzung und Datensammeln - es sollen umfassende Lösungen für das Schleifen der Zukunft entstehen. Dazu gehört eine permanente Analyse der von der Maschine gelieferten Daten, Zustandsbeobachtungen sowie eine automatisierte und überwachte Produktion der Werkstücke.

Diesen Herausforderungen stellt sich beispielsweise auch die United Grinding Group. Bei den Unternehmen der Schweizer Gruppe sind aus vielen digitalen Projekten vier elementare Stoßrichtungen der Digitalisierungsstrategie entstanden. "Connectivity, Usability, Monitoring und Productivity. Das sind die digitalen Pfeiler der United Grinding Digital Solutions", erklärte Daniel Huber, CTO der zu United Grinding gehörenden Fritz Studer AG, beim alljährlichen 'Motion Meeting'. Dabei sieht das Unternehmen die Vernetzung (Connectivity) als den Anfang des Weges, denn ohne sie sei keine Kommunikation und ohne Kommunikation kein Überblick über die Daten des Produktionsumfelds möglich. So blieben Potenziale unentdeckt. Bei der Konnektivität spielen übrigens auch Schnittstellen-Standards wie Umati eine tragende Rolle.

Mit dem Monitoring, also der Überwachung des Prozesses, beschäftigt sich nicht nur United Grinding. Denn in der Branche herrscht einhellig die Meinung, dass mit der Überwachung Transparenz geschaffen werden kann. Gut umgesetzt wird außerdem dem Datenwirrwarr ein Ende bereitet. Abläufe können besser verstanden werden und auf diesem Wege Prozesse optimiert werden.

Monitoring von Werkzeugschleifmaschinen mithilfe von Machine Learning

Helfen kann dabei Machine Learning. Zum Beispiel hat Anca, um den Abrichtprozess auf Werkzeugschleifmaschinen zu optimieren, ein sogenanntes 'Acoustic Emission Monitoring System' (AEMS) entwickelt. "Damit erweitern wir die Maschine sozusagen um ein Ohr, das auf die Feinheiten des Scheibenabrichtens abgestimmt ist", erklärt Xiaoyu Wang, Produktmanagerin bei Anca. "AEMS basiert auf einem Algorithmus für maschinelles Lernen und kann so trainiert werden, dass es in der lauten Produktumgebung den richtigen Sound für ein perfektes Abrichten ausmacht."

Auf diese Weise werden Profile mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern schnell erreicht und gleichzeitig wird die Größenreduzierung der Schleifscheibe minimiert. Dies ist wichtig, da für eine hohe Präzision der Werkzeuge, das Abrichten des Schleifscheibenprofils von entscheidender Bedeutung ist.

2. Software-Lösungen für Schleifmaschinen sorgen für Technologiesprung

Diese Beispiele zeigen, dass die Digitalisierung die Branche um weitere digitale Komponenten erweitert. "Wir verkaufen eigentlich keine Schleifmaschinen", sagt die Geschäftsführerin von Haas Schleifmaschinen Marie-Sophie Maier-Wember und zeigt so auch gleich die Herausforderungen der Entwicklung auf. "Die Kunden bekommen von uns eine auf ihre Anforderungen ausgerichtete Turnkey-Solution. Diese umfasst in aller Regel auch eine Schleifmaschine aus der Multigrind-Baureihe. Die Multigrind-Horizon-Software ist dabei immer Bestandteil der Lösung." Denn die Software sei eigentlich das, was für den Technologiesprung sorge.

Haas Schleifmaschinen Geschaeftsfuehrerin Marie-Sophie Maier-Wember im Software-Entwicklungsbüro des Maschinenbauers
"Die Software sorgt für den Technologiesprung. Die hochflexiblen Schleifmaschinen aus der Multigrind-Baureihe werden durch die Software-Lösung zu Hightech-Werkzeugen", sagt Marie-Sophie Maier-Wember, Geschäftsführerin von Haas Schleifmaschinen. - Bild: Haas Schleifmaschinen

Kein Wunder also, dass sich beim Schleifen nun so einiges um Software dreht. Bei Haas Schleifmaschinen hat man sich schon in den Neunzigern mit der Entwicklung eines eigenen Bediener-Interface beschäftigt, mittlerweile ist der Maschinenbauer schon wesentlich weiter und präsentiert die Simulationssoftware Multigrind Styx.

Software als Werkzeug zur Visualisierung spart Zeit und Nerven

"Wir sind bei der Software weggegangen von der branchenüblichen Simulation, hin zu einer exakten Eins-zu-eins-Visualisierung", erläutert Maier-Wember. "Der Anwender kann alle Werkstückdaten in höchster Auflösung und bis ins kleinste Detail prüfen, noch bevor die Schleifmaschine anläuft." Ungleichheiten, Übergänge und sogar Restwelligkeiten in der Werkstück-Oberfläche werden dargestellt und sind korrigierbar, bevor das Schleifen beginnt. Das spare laut Maier-Wember Zeit, Material und Nerven.

Auch wenn das nach einer Lösung klingt, die jeder Anwender sofort haben möchte, hat Haas Schleifmaschinen mit der cloudbasierten Lösung jedoch verschiedene Erfahrungen gemacht, wie die Geschäftsführerin berichtet: "Wir treffen auf Unternehmen, die gegenüber Zukunftstechnologien wie Cloud Computing keine Vorbehalte haben. Wir sind aber auch überrascht, wie wenig sich ein Teil unserer Branche mit den Herausforderungen der Digitalisierung auseinandersetzt."

3D-Modelle von Zerspanungswerkzeugen erleichtern Schleifvorgang

Auch Schneeberger, der Schweizer Hersteller von Werkzeugschleifmaschinen und CNC Schleifmaschinen zur Komponentenbearbeitung, setzt auf eigene Software. Warum? "Nur mit modernster Software kann das volle Potenzial einer 5-Achs-Schleifmaschine ausgeschöpft werden", erklärt Alexander Schneeberger, Head of Sales & Marketing bei der J. Schneeberger Maschinen AG. "Die CAD-CAM-Software Qg1 ist zugleich umfangreiche Werkzeugdatenbank (Toogle), Werkzeug-Design-Studio und Schleifprozess-Optimierer für Profis." Die Schleifsoftware ist vor allem für das Entwickeln von Werkzeugen zur Zerspanung und auch das Nachschleifen dieser gedacht.

Wie beispielsweise das Programmieren eines Profilfräsers in Qg1 abläuft, sehen Sie in diesem Video:

Video: Wie Sie einen Profilfräser auf Schneeberger Schleifsoftware programmieren

Quelle: Schneeberger

Als grundlegende Innovation nennt der Werkzeugschleifmaschinen-Hersteller die 3D-Geometrie-Funktion der Software. Das Modell wird mittels Eingaben oder importierter Daten berechnet und visualisiert. Mithilfe von Simulationsabläufen können dann Konturverletzungen durch den eingesetzten Schleifkörper angezeigt werden. Auch das anschließende reale Schleifen basieren auf dem 3D-Datenmodell, wodurch der Schleifkörper der definierten Bahn sehr exakt folgen kann.

3. Automatisierung der Maschinen für wirtschaftliches Schleifen

Neben Software-Lösungen setzen Schneeberger, aber auch viele andere Schleifmaschinenbauer, auf die Automatisierung mithilfe von Werkzeug-Magazinen und Robotern. So werden bei der Gemini-Baureihe Knickarmroboter eingesetzt, um den Transport der Werkzeuge beziehungsweise Rohlinge zu übernehmen. Er übernimmt außerdem die Bestückung der Werkstückspindel mit den entsprechenden Spannvorrichtungen sowie das Ablegen der Rohlinge und der geschliffenen Werkzeuge auf einem Palettenspeicher.

"Mensch und Maschine ergänzen sich hervorragend", so Alexander Schneeberger auf die Frage, warum Automatisierung wichtig sei. "Die einen sind innovativ und kreativ, die anderen bevorzugen das Ausführen von repetitiven Aufgaben mit konstanter Präzision und Zuverlässigkeit. Automatisierung - auch für kleine Losgrößen - hat viel Potenzial."

Beim Maschinenbauer Schütte haben sich die Konstrukteure ebenfalls viel mit der Automatisierung ihrer CNC-Schleifmaschinen auseinandergesetzt. Geführt hat dies zu einem völlig neuen Konstruktionsprinzip für die Werkzeugschleifmaschine 105linear.

Außenansicht der Werkzeugschleifmaschine 105linear von Schütte
Die Werkzeugschleifmaschine 105linear von Schütte ist schon in der Grundausführung mit einer Roboterbeladeeinheit für den vollautomatischen Betrieb ausgestattet. - Bild: Schütte

Schon in der Grundausführung ist die Maschine mit einer Roboterbeladeeinheit für den vollautomatischen Betrieb ausgestattet. So können Werkstücke laut Hersteller schnell und komfortabel gewechselt werden. Der Schleifscheibenwechsler selbst wurde auf kürzeste Wechselzeiten ausgelegt und so konzipiert, dass Werkstück und Werkzeug simultan gewechselt werden können. Damit lassen sich auch die Nebenzeiten auf ein Minimum reduzieren, heißt es.

Mögliche Erweiterungen der Automatisierung machen Werkzeugschleifmaschine nachhaltig

Das Konzept macht die Werkzeugschleifmaschinen laut Schütte flexibler und nachhaltiger. Denn die Maschine kann über ihre gesamte Lebensdauer hinweg an sich ändernde Produktionsbedingungen angepasst werden. Dazu kann der ohnehin an allen Maschinen vorhandene Roboter mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet werden.

Damit ist er beispielsweise in der Lage Schleifscheiben-Pakete inklusive der zugehörigen Kühlschmierstoffverteiler aus einem Hintergrundmagazin in den integrierten Schleifscheibenwechsler zu transportieren. Außerdem kann der in der Roboterzelle verfügbare Platz vom Anwender individuell auf Werkstückpaletten und Aufnahmen für Schleifscheibensätze aufgeteilt werden.

4. Steigerung der Präzision ist wichtigstes Gut

Was Schüttes neues Konstruktionsprinzip nach eigener Aussage außerdem mitbringt, sind gesteigerte Präzision und Produktivität. Das entspricht laut dem Unternehmen genau den Anforderungen der Anwender. Erreicht wird dies mittels einer Kompaktbauweise und intelligenten Achsanordnung. Das reduziert dynamisch bewegte Massen, Kraftfluss und Hebelarme auf ein Minimum und ermöglicht eine hohe statische, dynamische und thermische Stabilität.

Die Konstruktion der 105linear ermöglicht es, in fünfachsigen Bewegungen eine Konturgenauigkeit auch von wenigen Mikrometern zu halten. Gleichzeitig werden optimale Oberflächengüten und Schliffbilder erzielt und Anfahrverluste minimiert. "Unser Ziel ist, dass der Anwender ein Erstteil gleich als Gutteil produzieren kann, auch bei höchsten Ansprüchen", erläutert Markus Feldhoff, Leiter der Anwendungstechnik bei Schütte.

Zerspanungswerkzeuge
Werkzeuge wie diese erfordern höchste Präzision bei der Schleifbearbeitung. - Bild: Haas Schleifmaschinen

Auch bei Haas Schleifmaschinen steigen die Ansprüche der Anwender an die Präzision der Maschinen: "Wir haben Kunden, die Getriebe entwickeln, die immer leichter, kleiner und komplexer werden", erzählt Marie-Sophie Maier-Wember. "Um bei höchster Beanspruchung noch mehr Laufruhe zu erreichen, wachsen die Präzisionsanforderungen beinahe exponentiell."

Mathematik und Simulation ermöglichen präzisere Schleifmaschinen

Die Herstellung komplizierter Profile, beispielsweise von hyperpräzisen Wälzschälradern, fordere hochkomplexe Berechnungen. In der Profilgenauigkeit beziehungsweise der Teilungsgenauigkeit der Zahnräder pflanzt sich der minimalste Fehler fort und führt zu Ungenauigkeiten im gesamten Getriebe. "Dabei denken die Mathematiker bei Haas rückwärts, und zwar von den Eigenschaften des gewünschten Zahnrads zum perfekten Wälzschälrad", so Maier-Wember. "Wir rechnen mit der exakten Bahn, die aus der Bewegung des Zahnrades im Getriebe resultiert."

Wie lange der Trend zu immer mehr Präzision noch anhält und wo die Grenzen liegen, gilt es abzuwarten. Klar ist jedoch, dass vieles nicht mehr durch reine konstruktive Maßnahmen direkt an den Maschinen erreicht werden kann, sondern dass vor allem das Zusammenspiel zwischen der CNC-Schleifmaschine und diversen Software-Lösungen immer wichtiger werden wird.

Sie wollen mehr zum Thema Werkzeugmaschinen erfahren?

Bild: Pixel B – stock.adobe.com

Dann lesen Sie unseren praktischen Überblick über die momentanen Trends in der Werkzeugmaschinen-Industrie. Darin erfahren Sie, welche Zukunftsthemen für die Zerspanung besonders relevant sind. Experten vom Fraunhofer IPT, VDW und von namhaften Werkzeugmaschinen-Herstellern erklären

  • wie Digitalisierung und Nachhaltigkeit ein Unternehmen krisensicher machen kann,
  • warum neue Geschäftsmodelle erdacht werden müssen,
  • und weshalb der Anwender immer im Fokus stehen sollte.

Hier geht's zum Beitrag über die zentralen Trends der Werkzeugmaschinen-Branche.

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