EMO-Bericht : Metallbearbeitung: Die Automatisierung nimmt Gestalt an

Auch in der Metallbranche ist der Fachkräftemangel ist angekommen. Daher ergänzen die Hersteller ihre Werkzeugmaschinen zunehmend um passende Automatisierungslösungen. Außerdem hält die Digitalisierung immer mehr Einzug in die Fertigungsanlagen. Die Erfassung von Produktionsdaten bildet dabei eine wesentliche Grundlage, Produktionsabläufe zu dokumentieren und zu überwachen. In den folgenden Highlights untermauern wir den Trend zur Automatisierung und Digitalisierung in der Metallbearbeitung mit konkreten Beispielen der EMO-Ausstellerfirmen.

DMG Mori präsentierte in einer eigenen Messehalle seine Innovationen. Das Produktportfolio des deutsch-japanischen Herstellers umfasst Anlagen aller Größenordnungen. Unter den 39 ausgestellten Maschinen befanden sich mehrere Weltpremieren. Mit der INH 63 zeigte DMG Mori eine Werkzeugmaschine für die 5-Achs-Bearbeitung von Teilen mit einem Gewicht von bis zu 1.000 kg. Die Maschine ist insbesondere für die Integration in automatisierte Fertigungsanlagen konstruiert worden. Dies zeigt auch eine neue Automatisierungslösung des Unternehmens: Das flexibel erweiterbare PH Cell 800 Palettensystem ist auf die Anbindung mit Werkzeugmaschinen von DMG Mori ausgelegt. Es kann Werkstücke automatisiert handhaben und in die Maschine ein- und auswechseln. Der Trend zur flexiblen mannlosen Produktion zeigt sich auch im vorgestellten autonomen Robotersystem UH-AMR 2000. Die autonom fahrenden Plattformen können je nach Bedarf Rohteile, fertige Werkstücke, Spänecontainer oder Werkzeuge transportieren. Ein ebenfalls auf der Plattform angebrachter Roboter kann Werkstücke und Werkzeuge direkt in die Maschine laden. Im Bereich der Digitalisierung präsentierte DMG Mori sein neues System CelosX, das eine prozessorientierte Verwaltung von Produktionsdaten ermöglicht und durch die Integration der Cloud-Lösung Xchange in der Lage ist, diese auch Maschinen übergreifend auszuwerten.

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Die Firma Heller präsentierte auf seinem Messestand den neuen Maschinentyp F6000, der das erste Bearbeitungszentrum der 5-Achs-Baureihe F darstellt. Der Drehrundtisch zur Werkstückaufnahme bildet die zentrale Komponente der Maschine und ist durch einen drehmomentstarken Motor in der Lage, auch für eine Drehbearbeitung genutzt zu werden. Damit folgt Heller dem Trend zur umspannfreien Komplettbearbeitung in einer Maschine. Ein extra breit ausgelegter Späneförderer stellt sicher, dass es auch im autonomen Betrieb nicht zu Ausfällen durch Spänestau kommt und rundet die Gesamtentwicklung ab. Gesteuert wird die Maschine von einer Siemens One Maschinensteuerung an einem großen 24-Zoll-Bildschirm. Mit dem Heller Service Interface Global (HSI-Global) bietet das Unternehmen darüber hinaus ein System, das unter anderem den Verschleißzustand von Spindel und Achsen durch spezielle Testzyklen ohne Technikereinsatz selbst erkennt. Zeit- und kostenintensive Wartungen können so geplant und die Ausfallzeiten reduziert werden.

Die Firma Index stellte mit der G300/G320 ein Werkzeugmaschinensystem aus, das sich nach einem Baukastenprinzip frei konfigurieren lässt. Die Wahlmöglichkeiten umfassen dabei sowohl Haupt- und Gegenspindel, Frässpindel, aber auch mehrere Werkzeugrevolver und Lünetten, die frei ausgewählt werden können. Das integrierte Werkzeugmagazin kann durch Ankopplung einer externen Einheit erweitert werden, wodurch lange Betriebszeiten ohne Einladung mit Werkzeugen erreicht werden können. Wie fast alle Werkzeugmaschinenhersteller ergänzt auch Index seine Werkzeugmaschine mit einem umfangreichen Automatisierungskonzept. Die Roboterzelle iXcenter ist kompatibel zur G300/G320 und umfasst nicht nur einen Roboter zum Be- und Entladen mit Werkstücken, sondern auch Zellen zur automatischen Prüfung, Reinigung, Entgratung, Laserbeschriftung und Lagerung.

WFL aus Linz zeigte die Werkzeugmaschine M80X Millturn. Sie kann Großbauteile bis zu einem Durchmesser von 1.000 mm bearbeiten und besitzt wie andere Millturn-Bearbeitungszentren nicht nur die Fähigkeit, konventionelle spanende Fertigungsverfahren wie Drehen und Fräsen in einer Maschine durchzuführen. Die Maschine integriert auch eine Einheit zur Schleifbearbeitung einschließlich Schleifscheiben-Abrichteinheit. Insgesamt können so über 20 Technologiezyklen in einer Maschine durchgeführt werden, darunter auch das Tiefbohren und Fertigen von Innenverzahnungen. Die Qualitätsprüfung mit einem Messtaster direkt in der Maschine rundet das Konzept zur umspannfreien Komplettbearbeitung in einer Maschine ab.

Ein weiterer Hersteller, der auf seinem Messestand neueste Automationslösungen präsentierte, waren die Grob-Werke. Sie stellten unter anderem das 5-Achs-Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum G550Taus, ergänzt um das angeschlossene Palettenrundspeichersystem PSS-R900 ergänzt. Dieses können Anwender einen mannlosen Betrieb einsetzen. Darüber hinaus zeigten die Grob-Werke als Messepremiere ein fahrerloses Transportsystem, das sowohl Werkstücke als auch Werkzeuge transportieren und hierdurch verschiedene Werkzeugmaschinen versorgen kann. Das Flurfahrzeug kann in Menschenumgebung eingesetzt und als Flottensystem umgesetzt werden.

Der australische Schleifmaschinenhersteller Anca hat die EMO Hannover 2023 genutzt, um mehrere Premieren vorzustellen. Die wichtigste Innovation wurde dabei im Bereich der ultrapräzisen Werkzeugherstellung gezeigt. Die FX Ultra Serie von Anca ist auf das Schleifen extrem kleiner Werkzeuge mit einem Durchmesser ab 0,1 mm ausgelegt. Um dies zu erreichen, wurde eine eigene Steuerung umgesetzt, die mit einer Achsenauflösung im Nanobereich arbeitet. Weitere Maßnahmen zur Genauigkeitssteigerung waren die Temperaturkompensation der Maschine sowie eine Rundlaufkompensation der Spindel. Auf diese Weise konnte sichergestellt werden, dass eine Genauigkeit von 0,002 mm erreicht wird. Eine weitere Weltpremiere von Anca ist das System zur industriellen Verrundung von Fräserschneidkanten. Gezielt verrundete Schneidkanten wirken sich positiv auf die Lebensdauer von Fräswerkzeugen aus. Ergänzt werden die Entwicklungen durch ein Automatisierungskonzept, das einen unbeaufsichtigten Produktionsablauf auch über längeren Zeiträume ermöglichen soll.

Als Hersteller von Automatisierungslösungen stellte Keba Neuheiten aus unterschiedlichen Bereichen vor. Besonders spannend für das Publikum war der Force Feedback Touch, ein Bedienfeld für Produktionsanlagen, das die Kräfte der haptischen Berührung erfasst und benutzerdefinierte, haptische Feedbacks geben kann. Damit kann sich der Bearbeiter auf den Maschinenraum konzentrieren und muss nicht, wie sonst üblich, sowohl das Bedienerpanel als auch die Bearbeitungsaufgabe im Blick haben. Diese Lösung kombiniert folglich Multitouch Panels mit konventionellen Tasten und trägt damit zum Bedienkomfort und zur Sicherheit bei. Weiters präsentierte Keba die magnetgelagerte Bohrspindel LeviSpin als neuartigen Ansatz der Spindellagerung, die Spindelbewegungen in fünf Achsen ermöglicht. Dies können z.B. sowohl Oszillationsbewegungen für einen optimierten Spanbruch als auch Ausgleichsbewegungen zur Kompensation von Abweichungen sein. Auch erfasst die Spindel Prozesskräfte in höchster Auflösung und kann hierdurch für die Identifikation von Prozessunregelmäßigkeiten und Werkzeugverschleiß genutzt werden. Insgesamt können dadurch laut Keba das Zeitspanvolumen erhöht, der Werkzeugverschleiß reduziert und die Bearbeitungsqualität gesteigert werden.

Die japanische THK, Anbieter von Lineartechnik, die in Werkzeugmaschinen und in der Verpackungsindustrie eingesetzt werden, zeigte auf der EMO Hannover 2023 eine Neuerung bei den Linearführungen. Da Prozesszeiten stetig verkürzt werden sollen, müssen höhere Geschwindigkeiten der beteiligten Komponenten in der Produktion erreicht werden. Dafür wurde die sogenannte "Super-Hochgeschwindigkeits-Linearführung FHS" mit Maximalgeschwindigkeiten von 15 m/s entwickelt, die auch über längere Einsatzzeiträume auf die hohen Geschwindigkeiten ausgelegt ist.

Das Projekt IIP Ecosphere stellte Ergebnisse aus dreieinhalb Jahren Projektarbeit vor. Das vom deutschen BMWK geförderte Leuchtturmprojekt hatte zum Ziel den Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Produktion zu vereinfachen. Dabei unterstützte der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) als Projektpartner insbesondere im Bereich Standardisierung und umati und brachte die Anforderungen der Werkzeugmaschinen-Industrie in das Projekt ein. Ein Kernergebnis des Projektes ist eine offene IIoT-Plattform. Die Plattform basiert auf offenen Standards, kann herstellerunabhängig verwendet werden und ist so konzipiert, dass sie bestehende Ressourcen und Bestandssysteme erweitern kann. Bereits existierende IIoT-Lösungen können in die Plattform integriert werden und der Einsatz von KI wird nativ durch die Plattform unterstützt. Da sie sich darüber hinaus durch eine hohe Konfigurierbarkeit auszeichnet, haben Unternehmen eine hohe Kontrolle über das System. Ein Plattformdemonstrator am Messestand zeigte eine visuelle Qualitätskontrolle mit Cobots, Bauteilidentifikation und Zustandsüberwachung. Alles wird hierbei vollständig in die IIoT-Plattform integriert. Wesentliche Innovation dabei ist die Fähigkeit der Plattform, die eingesetzten Modelle nicht nur automatisch auf unterschiedliche Edge-Devices und Industrie-PCs zu verteilen, sondern diese bei Bedarf auch flexibel updaten zu können. In Zukunft ist geplant, die Plattform unter dem Namen Oktoflow weiter zu betreiben. Eine weitere Entwicklung des Ecosphere Projektes ist ein Assistenzsystem, das Maschinenbediener bei der Parametrierung und Überwachung von Zerspanprozessen unterstützt, wobei nicht nur klassisches Drehen und Fräsen, sondern auch komplexe Prozesse wie das Wälzschälen zur Zahnradproduktion abgedeckt werden.

Die Firma Spanflug bietet die Software Spanflug make, die es Unternehmen deutlich vereinfacht, Angebote zu erstellen und zu versenden. Dabei handelt es sich um ein System zur Verwaltung von Angeboten und Aufträgen. Darüber hinaus verfügt die Software über die Fähigkeit, eingegebene CAD-Dateien automatisiert auszuwerten und hierdurch Fertigungsaufwand und Kosten unmittelbar abschätzen zu können. Der Aufwand und die Zeit zur Angebotserstellung können so deutlich reduziert werden. Die Plattform Spanflug buy nutzt diese Technologie, um nicht nur eine unternehmensinterne Lösung anzubieten, sondern eine Beschaffungsplattform, auf der Kunden ihre Konstruktionsdateien hochladen und direkt ein verbindliches Angebot erhalten können. Spanflug kümmert sich im Anschluss um die Vermittlung des Auftrages an einen der über 5.000 angeschlossenen Auftragsfertiger in Deutschland und Österreich.

Ihren ersten großen Auftritt hatte die herstellerübergreifende Initiative zur einheitlichen Maschinendatenkommunikation umati bereits bei der EMO Hannover 2019. Inzwischen ist sie weit verbreitet. Mit umati können auf der technischen Grundlage OPC UA inzwischen nicht mehr nur Werkzeugmaschinen, sondern auch Anlagen aus allen Bereichen der Produktionstechnik verbunden werden. Die OPC UA companion specifications für unterschiedliche Gerätegattungen werden von VDW und VDMA organisiert. Durch die künftige Kooperation mit der US-amerikanischen Initiative MT-Connect wird die Funktionalität und Kompatibilität von umati weiter ausgebaut. Zusammen mit der Industrial Digital Twin Association (IDTA) und dem Institut für Steuerungssysteme der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart wurde die direkte Kommunikation von Maschinendaten in die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS) mittels umati umgesetzt.

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Fanuc, japanischer Anbieter von Steuerungen, Robotern und Maschinen, war auf dem eigenen und vielen weiteren Ständen präsent. Ein Highlight waren die Cobots (Collaborative Robots) aus der CRX-Serie, die über eine maximale Traglast von 30 kg verfügen. Sie eignen sich als Automatisierungslösung beispielsweise an Werkzeugmaschinen und Anlagen zum Be- und Entladen, zum Palettieren und zur Qualitätskontrolle. Die einfache Ansteuerung kann auch ohne Programmierkenntnisse realisiert werden und ist hierdurch auch für Erstanwender von Robotern gedacht. Ein Sensor in jeder Achse erkennt unmittelbar Kollisionen mit Personen oder Objekten und stoppt den weiteren Bewegungsablauf. Die kraftmomentgeführten Bewegungen ermöglichen, dass die Cobots auch Toleranzen des Werkstücks sowie der Umgebung ausgleichen und koordinative Aufgaben von Menschen übernehmen können. Weiterhin ist ein Upgrade der Roboter um ein Vision-Sensor-System verfügbar, sodass die Einsatzmöglichkeiten noch weiter gesteigert werden. Zusammenfassend stellen die Cobots einen elementaren Trend in der Produktionstechnik dar. Mit ihrer Hilfe kann der Automatisierungsgrad diverser Bearbeitungsaufgaben deutlich gesteigert werden.

Höhere Energieeffizienz und die konsequente Ausrichtung auf Digitalisierung verfolgte GMN aus Nürnberg mit der neuen Spindelbaureihe UH. Der Antrieb erfolgt erstmals über einen Synchronmotor mit hoher Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig geringer Betriebstemperatur. Durch die hohe Leistungsdichte kann der kompakte Aufbau auf kleinem Bauraum umgesetzt werden; hohe Heschwindigkeiten können zudem bei gesteigerter dynamischer Steifigkeit und Laufruhe erreicht werden. Ein Kernaspekt stellt die Datenerfassung und die digitale IO-Link-Schnittstelle dar. Die integrierte Datenerfassung und -auswertung kann mittels des Embedded System Idea-4S erzielt werden, bei der es sich um eine in Spindeln integrierbare Elektronik handelt, die über IO-Link mit allen Maschinensteuerungen bidirektional verbunden werden kann. Zudem finden in den Spindeln Sensoren zur Erfassung von Temperatur, Drehzahl, Werkzeugspannung, Schwingungen und Axialverlagerung Anwendung. Diese Spindelprozesswerte können dann an Maschinensteuerung und Produktionsnetzwerke übermittelt werden.