11 minute read
Laagdrempelig optimaliseren met modern gereedschapsbeheer
Christoph Zoller vertelt tijdens een livestream vanuit de Smart Factory in Pleidelsheim (D) over het potentieel van modern gereedschapsbeheer.
Met ondersteuning van de specialisten van Chiron presenteerde Zoller uit Pleidelsheim (D) tijdens een livestream-evenementenreeks het potentieel van modern gereedschapsbeheer. Met behulp van automatische gereedschapsvoorinstelling, netwerk gebaseerde gegevensoverdracht geautomatiseerde gereedschapshandling en het flexibele vijfassige Chiron FZ16 S bewerkingscentrum, lieten de partners de toegevoegde waarde zien van real-time gereedschapsgegevens en de integratie van intelligente software en hardware-oplossingen.
In combinatie met een speciale software kan een voorinstelapparaat een 3D-model maken van het gereedschap, inclusief de geometrie van de snijkanten, de schacht en de houder. Dit is ideaal voor het uitvoeren van simulaties.
De Zoller Smart Factory met academie en showroom is in 2020 opgeleverd en voorzien van digitale technologieën voor klantcontact op afstand. De Smart Factory is volgens algemeen directeur Christoph Zoller op het juiste moment opgeleverd: "We hebben altijd intensief met onze klanten samengewerkt om dicht bij de ontwikkelingen en eisen van onze doelsectoren te blijven. Beurzen hebben hierin altijd een grote rol gespeeld. In 2020, toen we ons nieuwe pand betraden en ons 75-jarig bedrijfsjubileum vierden, konden we onze klanten door Covid-19 niet meer bereiken via beurzen. Gelukkig was onze nieuwe Smart Factory van alle moderne gemakken voorzien, waardoor we in een digitale setting livestream-beurzen, gekoppeld aan live productpresentaties en trainingen konden organiseren. Dit webinar is daar een mooi voorbeeld van.”
Voorinstellen en gegevensoverdracht
Maakbedrijven kunnen volgens Zoller op het gebied van gereedschapsbeheer nog grote optimalisatieslagen maken. Dat begint al bij het voorinstellen van gereedschappen en de overdracht van meetgegevens tussen het voorinstelapparaat en de besturing van de bewerkingsmachine. Tijdens de livestream presenteerde Zoller drie manieren om dit proces te vereenvoudigen. Hiervoor werd gebruik gemaakt van een geautomatiseerd uitgiftestation, een gereedschapsstation voor het samenstellen van het gereedschap en een Venturion 450 voorinstelapparaat dat de samengestelde delen van het verspanende gereedschap met één druk op de knop meet op lengte, radius en eventueel de rondloop en vlakloop. Tegelijkertijd controleert het systeem op afwijkingen of beschadigingen en of het gereedschap in de juiste houder is gemonteerd. Vervolgens kunnen de meetgegevens op verschillende manieren naar de CNC-besturing van de machine gebracht worden.
QR-code
De meest laagdrempelige oplossing voor de overdracht van gereedschapsgegevens is met behulp van ZidCode. Deze oplossing is voor het eerst in 2015 geïntroduceerd, maar is in de afgelopen jaren steeds verder doorontwikkeld. Na het instellen en meten worden de gereedschapsgegevens weggeschreven in een QR-code en op een sticker geprint. Vervolgens wordt de QR-code bij de CNC-machine gescand en wordt de data automatisch in de overeenkomstige gegevensvelden van de CNC-besturing ingevoerd. Vervolgens kan het gereedschap in het gereedschapsmagazijn worden geplaatst en zijn de gegevens gekoppeld aan het gereedschap. Deze oplossing behoeft geen netwerkverbinding en is een kosteneffectieve en foutloze oplossing als er niet te veel gereedschapsdata overgedragen moet worden.
Sneak preview
Tijdens het live webinar liet Zoller heel summier de toekomst zien van geautomatiseerde gereedschapsvoorinstelling. De nieuwe highlight bestaat uit een robotcel met voorinstelapparatuur, waarmee Zoller het selecteren, assembleren, meten, implementeren en sorteren van gereedschap volledig kan automatiseren. Het systeem bestaat uit een intelligente gereedschapsopslagmodule (CoraRack), een ‘robotvoertuig’ (CoraMove) met daarop een robot (CoraArm) en het Venturion voorinstelapparaat voor het geautomatiseerd meten en voorinstellen van het gereedschap. Het volledig gemonteerde en geteste gereedschap wordt opgeslagen op een tweede gereedschapswagen (CoraTransporter). Een zelfrijdende voertuig (CoraExpress) brengt de gereedschappen van en naar de bewerkingsmachine. De volledige afhandeling wordt gedaan door een robot.
Tijdens het live webinar liet Zoller heel summier de toekomst zien van geautomatiseerde gereedschapsvoorinstelling.
Met ZidCode worden de gereedschapsgegevens weggeschreven in een QR-code die bij de CNC-machine gescand kan worden, waarna de data automatisch wordt overgedragen in de CNC-besturing. Zidcode 4.0 werkt daarentegen met een RFID-chip en een database voor digitale gegevensoverdracht.
RFID-chip
Wanneer er grotere hoeveelheden gereedschapsdata overgezet moeten worden, is een QR-code niet geschikt. Bij dit soort gevallen maakt Zoller gebruik van een unieke RFID-chip in de gereedschapshouder. Deze oplossing heet ZidCode 4.0. Ook bij deze oplossing wordt de gereedschapssamenstelling eerst automatisch gecontroleerd en gemeten met een voorinstelapparaat. De gereedschapsdata wordt vervolgens digitaal weggeschreven en gekoppeld aan de RFID-chip in de gereedschapshouder. Door de chip bij de machine te scannen, wordt de gedigitaliseerde gereedschapsdata via een netwerk opgehaald. Voor het scannen van de chip heeft Zoller een eigen hardware-unit ontwikkeld die naast de bewerkingsmachine geplaatst kan worden. Echter is het inscannen ook mogelijk via een normale PC. Omdat de gereedschapsdata wordt weggeschreven als ruwe meetdata, kan het gereedschap in elke bewerkingsmachine die verbonden is met het netwerk worden gebruikt. Netwerk gebaseerde gegevensoverdracht biedt tevens als voordeel dat er directe communicatie mogelijk is tussen de machine- en de gereedschapsafdeling. Als een gereedschap bijvoorbeeld is beschadigd, kan de operator dit aan de machine doorgeven aan de voorinstelafdeling. Er wordt automatisch een lijst gemaakt met gereedschappen die samengesteld moeten worden. Dit resulteert in een reductie van de machinestilstandtijden en een verhoging van de bezettingsgraad.
3D-model
Tijdens het webinar presenteerde Zoller ook nog een manier om een 3D-model te maken van het complete gereedschap. Het voorinstelapparaat kan met een speciale meetsoftware binnen een minuut automatisch de geometrie van de snijkanten, de schacht en de houder bepalen. Zo weet de bewerkingsmachine later exact welk gedeelte van het gereedschap gebruikt kan worden voor het verspanen. Tevens kan het 3D-model gebruikt worden voor simulatie in het CAM-pakket of in de software van de bewerkingsmachine. Zoller gebruikt in de demoruimte een vijfassige Chiron FZ16 S om het proces te presenteren. “Zelfs met CAM-software, een 3D-model van het gereedschap en offline simulatie komen er crashes voor. Daarom blijft simuleren op de machine heel belangrijk om botsingen te voorkomen”, aldus Zoller. Voor het simuleren op de machine is de Chiron voorzien van Protectline software. Deze software simuleert het bewerkingsproces 0,8 seconden voor het werkelijke proces. Er wordt als het ware een digital twin gecreëerd. Zo kan de machine bij een verwachte botsing precies op tijd tot stilstand komen. Om dit te laten werken moet de gereedschapsdata dus 100% correct zijn. Een nauwkeurig 3D-model van de complete gereedschapssamenstelling is dan cruciaal.
Één database
In principe zijn alle Zoller producten met elkaar te koppelen met behulp van een centrale database. Dankzij de database en de mogelijkheid om hier alles aan te koppelen, van CAD/CAM, voorinstellen, gereedschapsbeheer tot aan de machine, wordt er altijd met dezelfde en meest actuele data gewerkt. “We hebben klanten gezien die met wel vijftien verschillende gereedschapsdatabases werken, waardoor het overzicht compleet zoek was. Daarom hebben we een database ontwikkeld waar alle gegevens worden verzameld. In combinatie met Tool Management Solutions (TMS) kunnen we die gegevens vindbaar maken en overzichtelijk weergeven. Hierdoor ontstaat een efficiënt gereedschapsbeheer”, aldus Zoller.
Bredel brengt flexibiliteit in geautomatiseerd draaifrezen
Bredel in Delden, fabrikant van industriële slangenpompen, heeft via Oude Reimer geïnvesteerd in een Millturn M65-G draaifreescentrum van WFL. Om de productiviteit en mogelijkheden van het draaifreescentrum optimaal te benutten, is de WFL voorzien van een groot gereedschapsmagazijn, een automatiseringsoplossing van Promot en een speciaal voor dit project ontwikkeld klauwwisselsysteem van Schunk. Met de complete installatie kan Bredel wisselende onderdelen voor slangenpompen onbemand produceren en een korte doorlooptijd realiseren.
Bredel, onderdeel van de Watson-Marlow Fluid Technology Group, is wereldwijd marktleider op het gebied van slangenpompen. De pompen vinden hun weg naar klanten in de meest wisselende industrieën, van mijnbouw tot de medische- en voedingsmiddelenindustrie. Om de voorsprong te behouden is Bredel altijd op zoek naar manieren om de productiviteit te verbeteren en processen te optimaliseren. De nieuwe, geautomatiseerde WFL Millturn M65-G is een mooi voorbeeld van het doorlopende investeringsbeleid bij Bredel. Het nieuwe draaifreescentrum zal op ten duur een ouder bewerkingscentrum van WFL gaan vervangen. Momenteel worden alle programma’s en onderdelen stap voor stap geoptimaliseerd en overgezet naar de nieuwe M65-G.
Deelbewerkingen samenvoegen
De reden dat Bredel het oude CNC-bewerkingscentrum van WFL vervangt, heeft te maken met de leeftijd en mogelijkheden van de machine, gekoppeld aan de wens om de nieuwe machine 120 uur in de week productief te hebben bij een bezetting van slechts een dagdienst. Om dat te realiseren kiest Bredel voor een geautomatiseerd productieproces. Bertus Groteboer, Senior Manufacturing Engineer bij Bredel vertelt: “De keus voor een nieuw draaifreescentrum stond op voorhand al vast. Eind jaren ‘90 hebben we namelijk al gezegd dat we alleen nog investeren in machines die zowel kunnen draaien als frezen. Hoewel dit soort machines een veel hogere aankoopprijs hebben, is de ROI beduidend beter. Dat komt omdat deelbewerkingen samengevoegd kunnen worden, waardoor de noodzaak voor twee afzonderlijke machines teniet wordt gedaan. Hierdoor kan Bredel pomponderdelen met zowel draai- als freesbewerkingen in een opspanning compleet verspanen.”
Pomponderdelen als set produceren
De nieuwe WFL M65-G heeft een afstand van 2.000 mm tussen de hoofd- en subspil. Beide spillen hebben een vermogen van 56 kW. Dankzij de twee spillen en de freesspil kunnen werkstukken compleet bewerkt worden. “Bij dit project hebben we echt de focus gelegd op het onbemand produceren. De productiecel haalt het materiaal uit het magazijn en legt na het bewerken het kant en klare werkstuk zonder menselijke tussenkomst weer terug in het magazijn. Belangrijk daarbij is dat het mogelijk moet zijn om wisselende werkstukken door elkaar te produceren. Op die manier kunnen we de verschillende onderdelen van een pomp als set produceren, met als voordeel dat we sneller de verkoop en de spuiterij kunnen volgen. Om dit mogelijk te maken
Bredel heeft de WFL Millturn M65-G volledig geautomatiseerd met een portaallader van Promot en een klauwwisselsysteem van Schunk. (foto’s Bredel en Tim Wentink)
moet het bewerkingscentrum over een aantal belangrijke elementen beschikken die niet alleen een onbemand productieproces, maar ook een hoge flexibiliteit verwezenlijken.”
Flexibel automatiseren
Om onbemand wisselende series te kunnen produceren heeft Bredel gekozen voor een automatiseringsoplossing van Promot. Voor dit project heeft de Oostenrijkse automatiseringsleverancier een speciale portaallader ontwikkeld die zowel voldoet aan de specifieke eisen van de componenten als de beschikbare ruimte bij Bredel. Promot heeft de portaallader uitgerust met twee armen, een voor het handelen van de componenten en een voor de klauwen. Om tussen verschillende componenten en productieorders te kunnen schakelen, is een automatische klauwwissel essentieel. Om dit mogelijk te maken werkte Promot nauw samen met Schunk, die speciaal voor dit project de klauwen, klauwplaten, grippers en het klauwwisselsysteem ontwikkelde. Er werd gekozen om de klauwen niet per stuk maar per set te wisselen. Promot was leidend in het hele traject en heeft de prototypes in eigen huis getest, voordat het bij Bredel werd geïnstalleerd.
Samenwerking tussen systemen
Omdat Bredel veel verschillende gietdelen produceert en het draaifreescentrum van WFL over twee draaispillen beschikt, heeft het klauwwisselsysteem beschikking over maar liefst 80 klauwensets. Zowel de klauwen als de componenten worden via de bovenkant van het draaifreescentrum aan- en afgevoerd. Na de klauwwissel controleert een geïntegreerde meettaster de positie van de klauwen om een betrouwbaar proces te waarborgen. Alle klauwen, grippers en klauwplaten, evenals de materialen en afgewerkte onderdelen, worden opgeslagen in een verticaal opslagsysteem van ICAM. Het voordeel van dit systeem is dat de opslag beladen en gelost kan worden, zonder het productieproces stil te zetten. “Bij dit soort complexe automatiseringsvraagstukken die zijn gericht op een 24/7 onbemande productie, komt ontzettend veel kijken. De bewerkingsmachine is dan maar een klein onderdeel van het geheel. Naast dat alle systemen optimaal met elkaar moeten communiceren, moet bij een onbemande productie ook rekening gehouden worden met bijvoorbeeld de transportbewegingen, of er voldoende materiaal op voorraad is en of het aantal verspanende gereedschappen voldoende is. Het is een samenwerking tussen veel verschillende elementen in het productieproces”, vertelt Danny van Rij van Oude Reimer.
Optimaliseren in kleine details
Om een grote verscheidenheid aan onderdelen geautomatiseerd te kunnen bewerken, heeft Bredel het draaifreescentrum van WFL uitgerust met een groot kettingmagazijn. In totaal biedt het magazijn ruimte voor 200 gereedschappen, terwijl het relatief weinig vierkante meters in beslag neemt. Bijzonder is dat het magazijn gereedschappen met een lengte tot maximaal 900 mm kan huisvesten. Dit was een speciaal verzoek van Bredel om zo ook lange brootsgereedschappen op te slaan. “We hebben voor dit project kritisch gekeken naar de verspanende gereedschappen. Een werkend proces kan altijd beter en gereedschappen spelen daarin een belangrijke rol. Denk bijvoorbeeld aan gecombineerde gereedschappen om gereedschapswisseltijden te reduceren of speciale gereedschappen die een bewerking veel sneller uit kunnen voeren. Alle kleine beetjes helpen om de doorlooptijd te verkorten en de kostprijs van het onderdeel te reduceren. Alleen zo kunnen we in Nederland concurrerend blijven met de rest van de wereld”, vertelt Groteboer. Om vertandingen en spiebanen te bewerken,
De portaallader kan zowel componenten handelen als klauwen, grippers en klauwplaten.
heeft Bredel in overleg met WFL een speciaal brootsgereedschap laten ontwikkelen. Normaal gesproken heeft het gereedschap een aansteekkracht van 100 kN nodig die zelfs met de WFL-machine niet haalbaar was. De aangepaste versie heeft een aansteekkracht van slechts 30 kN. Waar voorheen met steken het aanbrengen van vertandingen in een onderdeel een half uur in beslag nam, duurt die bewerking met het aangepaste brootsgereedschap slechts 1,5 minuut.
Doorlooptijd ruim gehalveerd
Dankzij het nieuwe, geautomatiseerde draaifreescentrum dat kleine batches flexibel kan bewerken, heeft Bredel de doorlooptijd van een set pomponderdelen verkort van drie dagen naar slechts één dag. Daarnaast kan de fabrikant veel sneller reageren op spoedopdrachten. “Veel onderdelen hebben we vernieuwd om de capaciteit van de machine maximaal te kunnen benutten. Onderdelen voor draaifreesbewerking zijn daardoor complexer geworden. Samen met Siemens en WFL hebben we daarom een Digital Twin van de machine gemaakt voor simulatie in de Siemens NX CAD/CAM software. Daarnaast hebben we sommige cyclussen van WFL, zoals meetcycli, procesbewaking en graveren in Siemens NX gebracht. Op die manier kunnen we complexe onderdelen snel en betrouwbaar offline programmeren.” Bredel heeft uiteindelijk als doel om 5.500 spiluren per jaar te maken met de nieuwe Millturn M65-G.
