CNC Steuerung für die Forschung in der Biegetechnik
An der Technischen Universität München (TUM) hat man sich der Bearbeitung neuer Materialien mit bestehenden Fertigungsmethoden in der Biegetechnik angenommen. An dem praktischen Beispiel einer Freiformbiegemaschine von J. Neu GmbH Maschinenbau & Handel spielt das IoT CNC Steuerungsmodul DAU von Mitsubishi Electric eine wesentliche Rolle.
Forschungsprojekte für die Biegetechnik
Am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen von Prof. Dr.-Ing Wolfram Volk wird derzeit an Projekten geforscht, die für die Biegetechnik, entscheidende Weiterentwicklungen bringen können. Die Doktoranden Lorenzo Scandola M.Sc., Matthias Werner, M.Sc. und Daniel Maier, M.Sc. untersuchen in eigenständigen Forschungsprogrammen jeweils Teilaspekte des Biegeprozesses.
„Know-how entsteht am Lehrstuhl auch durch solche Projekte“, sagt Matthias Werner. „Wir bewegen uns mit unseren Projekten im Bereich derangewandten Forschung, die direkt der Industrie zu Gute kommt. Der Hauptzweck ist, neues Wissen in einem speziellen Gebiet zu generieren, das ein technisches Problem zu lösen hilft.“
Lorenzo Scandola ergänzt: „Konkret erhoffen wir uns Erkenntnisse darüber, wie neue Materialien gebogen werden können, die bisher aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften nicht oder nur schwer biegbar waren wie neuartige Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe. Ansonsten bliebe wie bisher die Trial-and-Error-Methode, die zeit- und kostenintensiv ist und viel Ausschuss produziert. Insbesondere für die Automobilindustrie wäre eine Kostenersparnis sehr interessant.“
Biegemaschine mit 6 Achsen
In der Nähe vom TUM-Campus Garching bei München liegt die Versuchswerkstätte mit diversen Maschinen für praxisbezogene Tests. Darunter befindet sich seit 2019 auch eine Freiformbiegemaschine der Firma Neu. Der Hersteller von Biegemaschinen, Langbettfräsmaschinen auf der einen Seite und Sägetechnik auf der anderen hatte auf eine Anfrage der TUM positiv reagiert und die Freiformbiegemaschine TYP NSB 090-S mit 6 Achsen für die wissenschaftliche Forschung zur Verfügung gestellt.
Die Maschine verfügt über eine hohe Biegeleistung und eine unbegrenzte Biegerichtung von 360°. Sie biegt Rohre und Profile aus Stahl, Edelstahl, Aluminium und anderen Materialien mit Durchmesser 6 mm bis 90 mm. Die steuerbaren Achsen und eine vollsynchronisierte CNC Steuerung von Mitsubishi Electric bieten eine nahezu unbegrenzte Freiheit für die Fertigung von Biegebauteilen.
Das Interesse von Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk an der Freiformbiegetechnologie kam für die Neu GmbH unerwartet, aber nicht unerwünscht. Im Gegenteil. „Wir sind selber sehr innovativ“ sagt Lothar Kummermehr, Projektleiter bei Neu. „Wir glauben aber, dass die TUM parallel zu unseren eigenen Forschungen neue Ansätze finden und die Biegetechnik dadurch ein ganzes Stück voranbringen könnte.“
Aus Materialschwankung resultierende Abweichungen kompensieren
Bei Daniel Maiers Thema „Eigenschaftsgeregelte Prozessgestaltung des Freiformbiegens unter Berücksichtigung der Halbzeugeigenschaften“ geht es um die Implementierung einer Softsensor basierten Regelstruktur. Diese misst die Schwankungen in den mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge und reagiert im Umformprozess darauf. Aufgrund von Materialschwankungen entstehende Abweichungen sollen durch Inline-Mess- und Regeltechnik kompensiert werden. Eine solche Regelung ist bisher unmöglich. Das soll sich nun ändern.
Die gewünschte Prozessregelung war mit der Standard Steuerung nicht möglich, weil sie nicht in Echtzeit in den Prozess eingreifen kann. „Wir haben Anfang 2020 bei Mitsubishi Electric um Unterstützung für diesen Prozess gebeten“ sagt Daniel Maier. „Und es stellte sich heraus, dass dort gerade an einer solchen Einheit gearbeitet wurde, die man für die Regelstruktur verwenden kann.“
Bei Mitsubishi Electric fand man das neu entwickelte Data Acquisition Unit-Modul, kurz DAU für das TUM-Projekt geeignet. Christoph Krekels, Spezialist für CNC-Applikationen bei Mitsubishi Electric fand die Anfrage sehr interessant: „Das ist ein hochkomplexes Thema und wir sehen uns hier definitiv als Vorreiter. Wir haben die DAU entwickelt, weil wir langfristig einen Bedarf dafür gesehen haben.“
Nach 1 ½ Monaten war das Steuerungsmodul in der Biegemaschine implementiert und in den Regelkreis aufgenommen. Das Ziel war es, Positionsdaten in Echtzeit auszulesen, zu verarbeiten und neue Prozessanforderungen zu erstellen. „Eine Optimierung durch Feedback und eine adaptive Kontrolle wären ein echter Mehrwert für das Freiformbiegen“, sagt Daniel Maier. „Auch andere Branchen können die Neuentwicklung nachher für sich nutzbar machen.“
Die DAU kann verschiedene Antriebsdaten wie Position, Geschwindigkeit, Last etc., externe Sensordaten und RIO (Remote Input/Output) mit hoher Geschwindigkeit und garantierter Zeitsynchronisation zwischen den Daten abtasten, erfassen und sammeln. Die gesammelten Daten können z. B. zur Überwachung des Maschinenbetriebs, zur Diagnose der Bearbeitung oder zur vorbeugenden Wartung genutzt werden.
Externe Sensoren sollen Biegeprozess optimieren
„Die TUM forscht daran, den Biegeprozess mit Hilfe von externen Sensoren zu optimieren, die das Materialverhalten der Werkstücke während des Biegevorgangs analysieren.“ erläutert Christoph Krekels. Mit der DAU lassen sich alle Daten permanent synchronisieren. Durch die Synchronisation der Positionsdaten mit den Sensordaten kann der Bereich am Rohr genau identifiziert und untersucht werden. Ist das Material nach der Biegung beispielsweise zu dünn muss der Prozess optimiert werden. Auf Chargenschwankungen kann ebenfalls reagiert werden. Schließlich soll die Produktion fehler-hafter oder qualitativ schlechter Werkstücke in der Serie reduziert werden.
Das neue Steuerungsmodul eignet sich auch zur Werkzeugüberwachung in einem Bearbeitungsprozess. Wenn ein Werkzeug das Werkstück berührt bzw. bearbeitet, entstehen Vibrationen. Diese werden über angeschlossene Sensoren am analogen Eingang (AI Input der DAU) erfasst. Anomalien werden detektiert und der Verschleiß des Werkzeugs beurteilt. Bei Bedarf erfolg ein Austausch des Werkzeugs.
„Die neuen Interfaces sind eine Sensation“, sagt Daniel Maier. „Auch wenn das Projekt noch ganz am Anfang steht, können wir doch schon sagen, dass die ersten Ergebnisse sehr vielversprechend sind.“ Bis Ende 2023 soll die zweite Phase des Projekts beendet sein. Dann muss der Regelkreis laufen, wenn auch noch nicht in Echtzeit. Die dritte Phase, die Überführung der Theorie in die industrielle Praxis, soll bis 2025 abgeschlossen sein.
Innovationen für die smarte Fabrik der Zukunft
Mitsubishi Electric Mechatronics CNC bietet eine breite Palette an Digitalisierungslösungen zur Optimierung der Fertigungsabläufe an der CNC Maschine. Komponenten und optimal an die Anforderungen der Kunden angepasste Technologien helfen, um die Produktionstechnik für die Zukunft auszurüsten. Künstliche Intelligenz zieht hier im Rahmen des strategischen Projekts Maisart ebenfalls in die Fabrikhallen ein. Auf der AMB 2022 zeigt das Unternehmen Praxisbeispiele für die CNC (Computerized Numerical Control) Maschine. filter
CNC Steuerung mit direkter Wlan Anbindung
Die neue M8V Serie von Mitsubishi Electric ist als einzige CNC Steuerung mit direkter Wlan Anbindung ein wichtiger Wegbereiter für zukunftsweisende Industrial Internet of Things Umgebungen (IIoT) in der smarten, automatisierten Fertigung wie beim CNC Fräsen, Drehen oder im Bearbeitungszentrum. Anwender können von überall aus und jederzeit über verbundene Devices wie Tablets auf CNC Maschinen zugreifen.
Das Design ist störunempfindlich, die Bedienung und Überwachung erfolgt sicher und zuverlässig. Ein interaktives Display unterstützt 4 Punkt-Multi-Touch Gesten und ist ähnlich wie ein modernes Smartphone bedienbar. Die wichtigsten Bearbeitungsparameter lassen sich intuitiv steuern und überwachen. Der M8V-CNC Controller bietet eine hohe Präzision und Geschwindigkeit.
Die Steuerung kombiniert eine speziell für CNC optimierte CPU mit innovativer OMR-CC-Regelung (Optimum Machine Response – Contour Control) mit einer automatischen Schnittlastkontrolle (Cutting Load Control, CLC). Bearbeitungszeiten lassen sich mit dieser CNC Steuerung verkürzen. Dadurch entstehen hochwertige Qualitätsprodukte mit Taktraten mindestens 11 % unter den Vorgängermodellen. Die Bahnfehler fallen 15 % geringer aus.
Die hohe Anzahl an Achsen für Bearbeitungszentren und Drehmaschinen punktet ebenfalls. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit des NC Programms wurde mit bis zu 540 000 Anweisungsblöcken/min verdoppelt.
Digitalisierung optimiert Fertigung
Auf der AMB 2022 zeigt Mitsubishi Electric außerdem anhand von Lösungsinseln eine breite Palette an Digitalisierungslösungen zur Optimierung der Fertigungsabläufe. Für Lenord+Bauer präsentiert Mitsubishi Electric das neue i³SAAC Precision System, welches für integrierte, intelligente, interaktive Sensoren und autonome Aktoren und Controller steht. Es wurde für Rundtische, Schwenk Achsen oder Werkzeug Achsen entwickelt.
Auf Basis elektronischer Fehlerkompensation lassen sich Positioniergenauigkeiten im Bereich weniger Winkelsekunden erzielen. Last but not Least stellt der Automatisierer seine Industrie 4.0 und KI Kompetenz im Rahmen des Strategieprojektes Maisart unter Beweis. Praktische Beispiele gibt es an den Draht- und Senkerodiermaschinen von EDM zu sehen.
