Modulare Spannsysteme wirken Wunder

Laut Colin Frost, Präsident der in St. Louis ansässigen Carr Lane Manufacturing Co., sollte die integrierte Werkstückspannung ganz oben auf der To-Do-Liste eines Unternehmens stehen, wenn es um die Verbesserung der Produktivität geht. Darüber hinaus betont er, dass solche Lösungen erforderlich seien vom Setup bis zur Laufzeit.

Modulare Vorrichtungen erfordern immer eine Reihe von Kompromissen.“ Es ist schwer, gegen „ideal“ zu argumentieren, außer zu sagen, dass die Erstellung einer individuellen Vorrichtung für jedes Werkstück Zeit und Geld kostet und viele Kleinserienaufträge dies auch nicht rechtfertigen würden. Darüber hinaus hinterlassen die unzähligen Lösungen, die jetzt in der breiten Kategorie der modularen Spannvorrichtungen verfügbar sind, beim klugen Käufer kaum oder gar kein Bedauern.

Beispielsweise kann das aktive Niederzugspannfutter der in Wheeling, Illinois, ansässigen SMW-Autoblok Corp. in der Mitte des Hubs klemmen. Dies bietet die Möglichkeit, sich an maßlich unterschiedliche Teile anzupassen, wobei eine Teilefamilie „einfach durch Austauschen der Oberteile innerhalb der physikalischen Grenzen des Spannfutters“ abgedeckt werden kann, so Larry Robbins, Präsident der kaufmännischen Abteilung des Unternehmens.

Das Besondere am Spannfutter ist, dass es sowohl versiegelt als auch „aktiv“ ist, sodass es „drei Funktionen in derselben mechanischen Bewegung erzeugt“, fügt Robbins hinzu. „Bei einem Gleitbackenfutter zieht man hinten an einem Keil. Der Grad der Neigung des Keils bestimmt den Backenhub und die Spannkraft. Bei einem Kugelspannfutter ist die Unterseite der Backe eine Kugel. Sie schaukeln in einer unverlierbaren Tasche, die auf jeder Seite über Schlüssel verfügt, die Ihre Bewegungsfreiheit einschränken. Der Bewegungsumfang ist im Spannfutter selbst integriert.

„Unser Futter ist etwas Besonderes“, fährt Robbins fort. „Wir können diese Schlüssel austauschen und das Ausmaß der Bewegung, den Umfang des Backenhubs und den Umfang des Herunterzieheffekts ändern, indem wir den kleinen Schlüssel im Spannfutter austauschen.“

Dies passt zum allgemeinen Ziel von SMW, Standardprodukte von der Stange herzustellen, die sich leicht an kundenspezifische Anwendungen anpassen lassen. „Das Einzige, woran die Leute denken müssen, egal was sie kaufen, ist, dass es flexibel, anpassbar und von einem Projekt in ein anderes umwandelbar sein sollte“, sagt Robbins. „Ich kann von einem Dreibackenfutter zu einem Dorn, einem Spannzangenfutter, einem Vierbackenfutter und zurück zu meinem Dreibackenfutter wechseln. Und das alles in weniger als einer Minute, ohne dass sich außer der Oberfläche der Komponenten etwas verändert.“

Laut Robbins ist SMW das einzige Unternehmen, das standardmäßig alle seine Spannfutter, Schraubstöcke und Greifer hermetisch abdichtet. „Wir denken dabei nicht nur an das Hochdruckkühlmittel, sondern auch an die Schwankungen der Verunreinigungen aufgrund von Multitasking-Maschinen. Jetzt können Sie auf derselben Maschine drehen, fräsen und schleifen.“

Dadurch entstehen unterschiedliche Arten von Spänen und Spänen, was die Gefahr erhöht, dass wichtiges Fett weggespült wird. „Wenn kein Fett vorhanden ist, kommt es zu Metall-zu-Metall-Kontakt und Reibung“, erklärt Robbins. „Ihre Griffkraft kann um 80 % sinken. Also Ihre vorhersehbaren 20.000 Pfund. Die Griffkraft (9.071 kg) könnte jetzt 1.600 lbs betragen. (725 kg). Ich habe gesehen, wie Teile, die buchstäblich aus einem Spannfutter geschleudert wurden, das Blech der Maschine durchdrangen und sich in einer Betonwand festsetzten. Wir versuchen, katastrophale Ausfälle aus jeglichem Grund zu vermeiden, deshalb ist unsere gesamte Ausrüstung hermetisch versiegelt.“

Die Anpassung einer modularen Spannkombination an eine andere, um Teiletypen zu ändern, braucht Zeit. Diese Zeit kann jedoch minimiert und von der Maschine verlagert werden. Die „oberen Werkzeuge“, die das Werkstück tatsächlich halten (z. B. Schraubstöcke, Klemmen und Spannzangenvorrichtungen), können sich von den Basiselementen unterscheiden, die direkt auf dem Maschinentisch sitzen, erklärt Mike Antos, Produktmanager bei Jergens Inc. mit Sitz in Cleveland. Und Sie kann eine Schnellwechselschnittstelle in diese Basiselemente einbauen.

Mit dem Ball Lock-System von Jergen beispielsweise verbindet ein Bediener das obere Werkzeug in Sekundenschnelle manuell mit der Unterplatte und lokalisiert es gleichzeitig mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,0005 Zoll (13 µm). Das Nullpunktsystem des Unternehmens ist wie VERO-S von Schunk SE & Co. oder ADP von SMW automatisch und wiederholt sich innerhalb von 0,0002 Zoll (5 µm). Bei beiden Ansätzen entfällt die Notwendigkeit, irgendetwas in der Maschine erneut zu messen. Schunk bietet auch eine Version mit einer Wiederholgenauigkeit von 2 µm an und alle VERO-S-Systeme sind aus Edelstahl gefertigt und gegen Späne und Späne abgedichtet.

„Nehmen wir an, Teil A wird in einem Schraubstock gehalten und Teil B wird mit Mikroklemmen auf einer Vorrichtung mit hoher Dichte gehalten“, sagt Antos. „Indem Sie diese auf Platten aufbauen, mit einem System wie unserem Ball Lock oder Zero Point, können Sie von Teil A zu Teil B wechseln und Stunden des Aufbaus in Minuten oder Minuten in Sekunden umwandeln. Hier kommt die Zeitersparnis ins Spiel.“

Darüber hinaus, fügt er hinzu, eliminiert die Wiederholbarkeit der Schnittstelle Variablen. „Sie verlassen sich nicht darauf, dass jemand eine Vorrichtung manuell einführt und an der Maschine anzeigt. Sie eliminieren im Prozess die Variablen, bei denen etwas schief gehen könnte. Dinge wie ein Telefonist, der einen schlechten Tag hat. Oder ein unerfahrener Mitarbeiter, der den üblichen Einrichter vertritt.“

Kein Wunder, dass mehr als die Hälfte der Spannvorrichtungsverkäufe von Jergens auf Schnellwechselsysteme entfallen, wie Antos berichtet.

Die beschriebenen Nullpunktsysteme nutzen pneumatischen oder hydraulischen Druck, um den Klemmmechanismus in der Basis zu öffnen. Sie befinden sich standardmäßig in der verriegelten Position und ergreifen den/die Bolzen in der Werkstückhalterung. Dadurch können sie aus der Ferne aktiviert werden und eignen sich für die automatische Teilebeladung.

Aber Antos hebt einen weiteren Fall hervor, in dem solche Nullpunktsysteme die Situation retten: „Wir sehen, dass Zero Point häufig beim Spannen eines großen Werkstücks eingesetzt wird, bei dem der Kunde die Bolzen direkt in das Werkstück einsetzt. Oder bei einer größeren Vorrichtung, bei der es für eine Person physisch unmöglich ist, zurückzugehen und einen Ball Lock-Schaft einzusetzen und festzuziehen. Die Möglichkeit, ein Ventil aus der Ferne zu betätigen, um den Bolzen freizugeben, ist daher ein Vorteil, der über das automatische Laden hinausgeht.“

Eine vielleicht überraschendere Automatisierungslösung, die nicht unbedingt eine Nullpunktfixierung erfordert, kommt von Schunk in Morrisville, NC. Dabei handelt es sich um einen Spindelgreifer, der Ihr Bearbeitungszentrum selbst in einen dreiachsigen Teilehandhabungsroboter verwandelt. Überraschung Nummer zwei? Dies kostet 3.500 bis 4.000 US-Dollar, ein Bruchteil der Kosten eines eigenständigen Roboters, berichtet Brad Evans, Schunks Teamleiter für stationäre Werkstückspannung. Überraschung Nummer drei? Es handelt sich um eine 15 Jahre alte Idee, die erst seit Kurzem an Fahrt gewinnt.

Wie Evans erklärt, nutzt der Greifer zur Aktivierung Luft durch die Spindel oder Kühlmittel durch die Spindel. (Alternativ können Sie die Federkraft zum Greifen und Luft/Kühlmittel zum Lösen nutzen.)

Dies behinderte die Einführung, da vor 15 Jahren viele Maschinen in den USA keine Luft- oder Kühlmittelzufuhr durch die Spindel hatten, insbesondere in den Lohnfertigungsbetrieben, wo diese Art der Automatisierung höchst willkommen wäre. Außerdem kannten ältere Maschinen im Allgemeinen nicht die Drehrichtung der Spindel. Es reicht nicht aus, die Position der Spindel in XYZ zu kennen. Außerdem muss man die „Uhrstellung“ der Greifer kennen, um das Teil sicher aufzunehmen. Erfreulicherweise sei das mittlerweile weitaus üblicher geworden, stellt Evans fest, da die ältere Technologie aus den Läden im ganzen Land ausgeschwemmt werde.

Evans beschreibt einen typischen Benutzer als einen Lohnfertiger mit einem 40- bis 60-teiligen Übernachtlauf. Man würde eine Palette mit den Rohteilen der Nachtschicht beladen, „im Programm auf ‚Zyklusstart‘ klicken und gehen“, sagt er. Der Werkzeugwechsler setzte die Greifer in die Spindel ein, die Maschine bewegte sich zur Palette, richtete die Greifer aus, senkte sich ab, um das Teil zu greifen und zur automatischen Werkstückhalterung zu transportieren usw. Und genauso wechselte der Werkzeugwechsler zwischen Schneidwerkzeugen und Bei Greifern kann es sich auch um wechselnde Greifertypen handeln. So könnte man beispielsweise im selben automatisierten Durchlauf von einem Zweifingergreifer für rechteckige Teile auf einen Dreifingergreifer für kreisförmige Teile umsteigen.

Bei manchen Innenspannsituationen ist es nicht einmal erforderlich, die Drehausrichtung der Spindel zu kennen, fügt Evans hinzu. „Bei einem Teil wie einem Ring können wir eine Innenklemmung durchführen, sodass das Teil einfach auf zwei Lippen sitzt, anstatt dass der Greifer es ergreift. Es kommt also nur darauf an, dass sich die Spindel nach oben und unten bewegt.“

Durch das Hinzufügen einer Rotationseinheit zum Maschinentisch können auch mehrere Vorgänge automatisiert werden. Evans sagt zum Beispiel: „Sie würden das Teil in einen Schraubstock laden, um OP1 durchzuführen.“ Dann würde der Greifer das Teil zur Rotationseinheit bewegen, die es umdreht. Dann würde der Greifer das Teil in einen zweiten Schraubstock bewegen, der so konfiguriert ist, dass es für OP2 gehalten wird.“

Während der Spindelgreifer keine Vorrichtungen mit Nullpunktbasis erfordert, drängt Evans auf eine schnelle Umrüstung, wie Antos erklärte. „Unsere Prämisse bestand darin, dem Kunden den Übergang zur vollständigen Automatisierung zu ermöglichen, ohne alles komplett neu machen zu müssen“, sagt Evans. Eine Investition in VERO-S-Nullpunktvorrichtungen für den Spindelgreifer-Ansatz würde sich also auf die Automatisierung mit einem vollständigen Sechs-Achsen-Roboter übertragen.

„Wir sind beispielsweise in der Lage, Pneumatik, Hydraulik oder Vakuum über unsere VERO-S-Module zu betreiben“, fährt Evans fort. „Damit Sie eine Palette von Tandemspannstöcken haben können, pneumatisch oder hydraulisch, die direkt an eine mit VERO-S ausgestattete Platte gekoppelt werden können. … So muss der Bediener beim Beladen keine Armaturen anschließen. Es besteht keine Chance, dass er das „In“ mit dem „Out“ und das „Out“ mit dem „In“ verbindet. Die Kopplung erfolgt direkt durch die Palette mit dem VERO-S. Und wenn sie sich später für einen Sechs-Achsen-Roboter entscheiden, stellt der Roboter einfach die Palette auf die Maschine, der VERO-S verbindet sich automatisch mit Ihrer Pneumatik oder Hydraulik und steuert die Schraubstöcke.“

Wenn Sie vor der Herausforderung stehen, spröde Komponenten, Verbundwerkstoffe, Teile, die durch Standard-Spannlösungen wie Klemmen oder Backen verformt würden, oder Teile, die aufgrund ihrer Form schwer zu halten sind, zu halten, sollten Sie die Klebelösung von Blue Photon Technology and Workholding in Betracht ziehen Systems LLC, Shelby, Michigan. Blue Photon bietet einen proprietären Klebstoff namens BlueGrip an, der nach nur 60–90 Sekunden Einwirkung von ultraviolettem Licht eine starke Verbindung mit praktisch jedem Material eingeht.

Wie stark ist diese Bindung? Die Zugfestigkeit beträgt jeweils bis zu 600 Pfund. (272 kg) mit dem größten Greifer von Blue Photon, der bevorzugten Methode zum Verbinden des Werkstücks mit der Vorrichtung. Bei diesen „Greifern“ handelt es sich eher um Pfosten mit transparentem Kern. Sie lassen sich in jede modulare oder maßgeschneiderte Vorrichtung einschrauben. Der Kleber wird auf das Werkstückende aufgetragen und anschließend mittels LED-Köpfen von der Rückseite aus ausgehärtet. Im Gegensatz zur hohen Zugfestigkeit der Verbindung lässt sich die Verbindung problemlos durch eine Vierteldrehung des Greifers mit einem Handschlüssel oder durch die Anwendung von heißem Wasser oder Dampf lösen. Neben anderen Optionen ermöglicht eine „Universalhalterung“ dem Benutzer die Konfiguration eines Werkstückhaltesystems zum Halten nahezu endgeformter Teile.

Wie vorgeschlagen, lässt sich der Ansatz von Blue Photon mit manueller Handhabung leicht umsetzen. Es ist aber auch möglich, den gesamten Prozess zu automatisieren, vom Auftragen des Klebstoffs bis zum Einlegen des Teils und der Vorrichtung in einen Heißwassertank über ein Förderband oder einen Roboter, um die Klemme zu lösen.

„Sie können Trockeneisstrahlen auf einem Roboter verwenden, um alle Klebstoffreste zu entfernen, und es ist ein sehr sauberer und schneller Prozess“, sagt Dan Billings, Präsident/CEO von Blue Photon. Das Unternehmen bietet ein spindelmontiertes Reinigungswerkzeug (mit einem Verbrauchsschleifmittel) an, um Klebstoffreste von den Greifern zu entfernen.

„Dieses Werkzeug fährt herunter und reinigt mithilfe der CNC-Spindel den Klebstoff von allen Greifern, um für den nächsten Arbeitsgang bereit zu sein“, erklärt Billings. Da das System von Blue Photon „als Schnittstelle zwischen dem Teil und einem Nullpunktsystem fungieren kann, können Benutzer in kürzerer Zeit mehr am Teil erledigen“, fügt er hinzu. „Durch das Entfernen störender Klammern kann mehr Bearbeitung erledigt werden, insbesondere auf Fünf-Achsen-Maschinen.“

Für vielleicht die ultimative Anpassungsfähigkeit, Vielseitigkeit und Kontrolle bei der Werkstückspannung hat SMW unter seinem E-Motion-Banner eine Reihe elektromechanischer Spannfutter, Schraubstöcke, Greifer, Nullpunkttische und Spanntürme eingeführt. Diese Systeme übertragen sowohl Strom als auch Daten über einen induktiven Koppler und nicht über ein Kabel und bieten ein beispielloses Maß an Kontrolle und Rückmeldung.

„Wir bieten jetzt für jedes Spannfutter eine automatische Einstelltechnologie an“, bemerkt Robbins. „Jeder Kiefer wird als seine eigene NC-Achse betrachtet. Stellen Sie sich ein Vierbackenfutter vor, bei dem jede Backe einzeln oder über eine selbstzentrierende Funktion einzeln gesteuert werden kann. Und jeder Kiefer nimmt wahr und sendet Daten über seine Position und die Kraft, die er ausübt. Wenn festgestellt wird, dass das Teil in XY bei 237° vom Nullpunkt um sieben mm versetzt ist, können alle diese und NC-Achsen zusammenarbeiten, um eine gleichzeitige Interpolation durchzuführen, um dies zu korrigieren. So wie sich ein CNC-Tisch zum Ausgleich schräg bewegt.“

Robbins listet noch weitere Funktionen auf: „Ich kann jedes Bauteil hoch-tief spannen, ohne spezielle Ergänzungen wie einen Hoch-Tief-Zylinder zu haben. … Ich kann die erwarteten Backenpositionen für mein Teil festlegen, und da das System jederzeit die tatsächlichen Positionen kennt, sendet es ein Fehlersignal, wenn sich die Backen mehr als erwartet schließen, was darauf hinweist, dass das Teil fehlt oder falsch geladen wurde .“

Er fährt fort: „Es durchläuft eine 25-Millisekunden-Sicherheitsprüfung, die Ihnen sagt, dass das Teil immer noch in Position ist und immer noch gemäß der richtigen Spezifikation eingespannt ist … Sobald das Spannfutter oder der Schraubstock mit Strom versorgt wird, hat ein Energieverlust bei mir keine Auswirkung mehr.“ die Klemmung. Es lässt sich nicht lösen. Ich kann das Spannfutter tatsächlich einschalten, ein Teil hineinlegen und es im Regal aufbewahren.“

Robbins sagt, dass die neuen elektromechanischen Robotergreifer ihre Öffnungs- und Schließpositionen auf 0,010 mm genau steuern und wiederholen können, mit einer ähnlich vorhersehbaren Klemmkraft. „Ich kann Ihnen auch etwas bieten, was sonst niemand bietet: 360°-Rotation. Ich kann diese Greifer nicht nur zum Positionieren eines Teils verwenden, sondern auch zum Zusammenbauen, zum Zusammenschrauben von Komponenten ... Ich kann sie sogar in einer Reinraumumgebung oder beim Verpacken von Lebensmitteln oder Medikamenten verwenden, da keine Schmierung erforderlich ist. Ich kann das Rohteil anfassen und muss mir keine Sorgen über Verunreinigungen durch externe Komponenten machen.“

Es ist eine aufregende Entwicklung, die Robbins als einzigartig für SMW bezeichnet.

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