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Steuerung automatisiert Werkzeugmagazin

| Redakteur: Jan Vollmuth

Modulare und offene Steuerungstechnik von Beckhoff trägt wesentlich zur hohen Flexibilität und kompakten Bauweise eines neu entwickelten Werkzeug-Terminals von Wassermann Technologie bei.

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Das Werkzeug-Terminal von Wassermann verfügt über bis zu drei ineinanderlaufende Trommeln und baut daher extrem kompakt.
Das Werkzeug-Terminal von Wassermann verfügt über bis zu drei ineinanderlaufende Trommeln und baut daher extrem kompakt.
( Bild: Wassermann Technologie, Deutschland )

Veränderungen begünstigen nur den, der darauf vorbereitet ist, soll der französische Chemiker Louis Pasteur gesagt haben. Auf veränderte Kundenbedürfnisse vorbereitet hat sich der Maschinenbauer Wassermann Technologie GmbH aus Eichenzell bei Fulda: „Bei Werkzeugmaschinen steigt mit den zunehmenden Anforderungen an die Zerspanungstechnik sowie der wachsenden Bedeutung von Flexibilität und Produktivität der Bedarf an Werkzeugen“, sagt Eberhard Hahl, Geschäftsführer von Wassermann. Das Unternehmen reagierte auf diese Kundenbedürfnisse mit einem neuartigen Werkzeug-Terminal, das in Zusammenarbeit mit dem Systemintegrator Becker Engineering GmbH aus Leichlingen entwickelt wurde.

Konzentrisch aufgebaut

Das konzentrisch aufgebaute Werkzeug-Terminal besteht je nach Bedarf aus einer oder zusätzlich einer bzw. zwei weiteren, ineinanderlaufenden Trommeln. Das Handling der Werkzeuge erfolgt über eine Lineareinheit mit integriertem Werkzeugwechsler. Dieser kümmert sich sowohl um die Platzierung der Werkzeuge in den Trommeln als auch um das Einbringen in einen Werkzeugpuffer oder direkt in einen maschinenseitigen Werkzeugwechsler.

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„Das Werkzeug-Terminal bietet eine Werkzeugverwaltung für bis zu 9000 Werkzeuge und eignet sich sowohl als Direktmagazin und Werkzeugspeicher für das Werkzeugmanagement wie auch als Erweiterung vorhandener Werkzeugmagazine oder zentrales Versorgungsmagazin für mehrere Werkzeugmaschinen“, erklärt Eberhard Hahl.

Intelligentes Zusatzmagazin

Julian Becker, Applikationssoftwareentwickler bei Becker Engineering, beschreibt die Besonderheit als intelligentes Zusatzmagazin: „Das Werkzeug-Terminal kann völlig autark arbeiten. Dafür sorgen eine eigene Werkzeugverwaltung, die eigene Datenbank und Ablaufsteuerung sowie eine eigene Schnittstelle zur Werkzeugmaschine. Hinzu kommen die ebenfalls im Werkzeugmagazin selbst vorhandene Software für externes Zusatzhandling, die Schnittstellen zu Peripheriegeräte und die integrierte Erfassung der Werkzeugdaten.“

Die hohe Flexibilität des Werkzeug-Terminals biete für den Endkunden klare Kostenvorteile, verdeutlicht Eberhard Hahl: „Mit dem Werkzeug-Terminal haben wir ein vielseitig einsetzbares Standardmagazin konzipiert, was sich in einem guten Preis-Leistungsverhältnis widerspiegelt. Bei Bedarf lässt sich aber auch ganz nach Kundenwunsch beispielsweise eine individuelle Anbindung an die Werkzeugmaschine realisieren. Standardmäßig ist das Werkzeug-Terminal in zwei Modellvarianten erhältlich. Die Variante S-Curve ist für bis zu 280 Werkzeuge und D-Curve für max. 570 Werkzeuge ausgelegt.“

Kompakt und flexibel

Einen großen Anteil an der Flexibilität und der kompakten Bauweise des Terminals hat die modulare Steuerungstechnik von Beckhoff, mit der sich auch Werkzeugmaschinen mit unterschiedlichsten Steuerungssystemen nahtlos anbinden lassen.

Erfahrungen mit PC-based Control sammelt Becker Engineering bereits seit 2014. Christoph Neuhaus, Applikationssoftwareentwickler bei Becker Engineering, sieht zahlreiche Vorteile, die sich dabei ergeben haben: „Wir profitieren u.a. davon, dass sich die PLC und zusätzliche Hochsprachenanwendungen durchgängig auf einer Plattform realisieren lassen. Hinzu kommt die gute Skalierbarkeit. Sie ermöglicht bei gestiegenen Leistungsanforderungen eine unkomplizierte Migration des Steuerungsprojekts auf eine leistungsfähigere Hardware, beispielsweise ausgestattet mit einem Multicore-Prozessor.“

Integrationsfreudig

Und weiter: „Zur hohen Flexibilität gehört die Integrationsmöglichkeit für vielfältigste Werkzeugmaschinen mit unterschiedlichsten Steuerungsplattformen. Hierbei ist die Offenheit von PC-based Control der entscheidende Faktor. So kann beispielsweise auf der Steuerungshardware von Beckhoff auch Dritt-Software ablaufen, was u. a. den Zugriff auf die Werkzeugtabellen der jeweiligen Maschine erleichtert.“

Wilm Schadach, Beckhoff-Vertriebsbüro Monheim, ergänzt einen weiteren Aspekt: „Auch aus Sicht des Handlings und Engineerings bietet PC-based Control eine vollständige Durchgängigkeit. Neben PLC-Funktionalität, Motion Control und Visualisierung kann damit auch die Werkzeug-Datenbank auf der gleichen Plattform ablaufen. Das hat sich als wesentlicher Vorteil im Gesamtaufbau der Anlage erwiesen.“ Hinzu komme laut Julian Becker, dass die Einarbeitung in die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff sehr einfach gewesen sei: „Der Einsatz der gewohnten, standardisierten Programmiersprachen vereinfachte die Handhabung deutlich.“

Vielfältige Datenkommunikation

Profitiert habe Becker Engineering zudem von den vielfältigen Möglichkeiten der Datenkommunikation per Twincat ADS. „ADS ermöglicht aus der Hochsprachenanwendung heraus einen sehr einfachen Zugriff auf die PLC-Daten. Und umgekehrt lässt sich in einer Hochsprache auch komfortabel ein ADS-Server entwickeln, auf den aus der PLC heraus einfach zugegriffen werden kann. Auf diese Weise ergibt sich ohne großen Aufwand eine zuverlässige Datenübertragung zwischen Werkzeugmagazin und Werkzeugmaschine, beispielsweise um Auftragsnummern oder ausgewertete Nutzdaten auszutauschen. Zudem lassen sich bei späteren Weiterentwicklungen äußerst komfortabel die notwendigen Updates einspeisen sowie mit der über die ADS-Kommunikation verfügbaren Client-/Server-Architektur auch Industrie-4.0-Lösungen realisieren“, so Christoph Neuhaus.

Weitere wichtige Aspekte von PC-based Control seien für Christoph Neuhaus die Verfügbarkeit der aktuellen Windows-Betriebssysteme, die Updatepolitik sowie die ohne zusätzliche Lizenz- oder Hardwareanforderungen gegebenen Simulationsmöglichkeiten: „Das komplette System lässt sich auf dem eigenen Entwicklungs-PC simulieren. So kann man z.B. die Bewegungsachsen auf Simulationsachsen umstellen oder über Software-Simulationsbausteine das I/O-Verhalten hardwarenah abbilden.“

Schnelles und präzises Werkzeughandling

Bei einem aktuell realisierten Werkzeug-Terminal mit zwei Trommeln sorgen insgesamt fünf Servoachsen für ein schnelles und präzises Werkzeughandling. Gesteuert werden die entsprechenden Servoverstärker AX5000 und Servomotoren AM8000 von einem Embedded-PC CX2030 mit Twincat NC PTP. Realisiert sind darüber je eine Rotationsachse für die beiden Werkzeugtrommeln sowie eine Vertikalachse für das Erreichen der gewünschten Trommelebene, eine Horizontalachse für das Hineingreifen in die Ebene und eine Rotationsachse für einen Doppelgreifer. Hinzu kommt als Automatisierungsaufgabe noch die Pneumatikansteuerung für den Doppelgreifer.„Über die Greifer-Rotationsachse werden die Werkzeuge von der Trommel nach außen übergeben. Dabei kann diese auch als Teleskopachse ausgeführt werden, um das Werkzeug ohne Zwischenhandling direkt an ein maschinenseitiges Magazin zu übergeben“, erklärt Eberhard Hahl.

Die Motion-Control-Anwendung wurde in Twincat mit Hilfe von PLC-Open-Motionbausteinen umgesetzt, was sich laut Christoph Neuhaus in der Praxis bewährt hat: „Das Programmieren der Bewegungsfunktionen mit den Motionbausteinen war sehr einfach und extrem zeitsparend. Ein weiterer Vorteil der Beckhoff-Antriebstechnik ist die One Cable Technology (OCT). Dadurch lassen sich die Montage- und Materialkosten reduzieren sowie kleinere Energieführungsketten einsetzen, was eine kompakte Bauweise erleichtert. Außerdem beschleunigt sich durch das elektronische Typenschild deutlich die Inbetriebnahme.“ (jv)

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