Dubbel metallbearbetning: Innovation inom tillverkning

Gleason förlitar sig på Siemens CNC-system SINUMERIK ONE för högprecisionsmaskiner inom kugghjulstillverkning. Den nya växelmaskinen 100HCD imponerar inte bara med sin hastighet och precision utan också med integrationen av en ny fasningsprocess.

Läs som PDF

Exakt som ett schweiziskt urverk

När urmakaren Karl Lüthy grundade maskinfabriken Mikron i Biel 1908 spelade företaget en nyckelroll i industrialiseringen av den schweiziska klockindustrin med sina kuggskärmaskiner och verktyg. Idag tillhör Gleason Switzerland AG det internationella Gleason Corporation och fungerar som ett kompetenscenter för fräsning, power skiving, integrerade avfasnings- och avgradningsprocesser samt slipning av högprecisionsväxlar. Huvudkontoret i Studen nära Bern är ett toppmodernt teknikcenter för fräsning, power skiving, fasning och kuggslipning. Dessutom integreras en mängd sekundära bearbetnings- och automationslösningar.

Bland kunderna finns företag från fordons-, robotik- och flygindustrin, tillverkare av industriväxlar samt små och stora kontraktstillverkare. ”Monteringen av maskinerna sker i Studen”, förklarar Dr.-Ing. Markus Krömer, Director of Technology and Software på Gleason: ”Vi arbetar med många lokala företag samt andra Gleason-anläggningar som tillverkar enskilda komponenter åt oss. Detta gör Gleason Schweiz extremt flexibel när det gäller att möta kundernas krav.”

Hövling Gleason SINUMERIK ONE. Hobbing kräver högsta precision. Gleason Schweiz använder SINUMERIK ONE för alla maskintyper.

Innovativ kombination

Maskinerna från Bernese Seeland är populära: År 2019 levererade Gleason den tusende maskinen i den välkända P90-serien. Under hobbningsprocessen skapas oönskade grader genom materialförskjutning som måste tas bort. Genom processen att skära avfasning avlägsnas dessa skarpa grader helt. Dr Krömer förklarar med exemplet med elektriska drivenheter varför detta är viktigt: ”Moderna enheter blir allt tystare, individuella störande frekvenser sticker ut. För att uppfylla kraven används speciella hårda efterbehandlingsprocesser som kan försämras av dåligt avfasade komponenter.”

Med ”Radial Chamfering” integrerar Gleason en universell skärfasningsprocess direkt i fräsmaskinen eller kraftskivningsmaskinen. Denna branschnyhet sparar inte bara tid och utrymme utan minskar också arbetsinsatsen och kostnaderna som uppstår vid byte till andra maskiner. Detta är intressant för tillverkare av växlar av alla slag, förklarar Dr. Krömer: ”Hela tillverkningsprocessen accelereras och produktionseffektiviteten ökas. Tack vare de prisvärda fasningsverktygen som används i denna process är den innovativa metoden också meningsfull för små serier.”

Fördelar med digital transformation

”Speciellt inom fordonssektorn ökar kraven ständigt”, säger Dr. Krömer: ”Med en typisk växel uppnår vi nu en avvikelse på fem till högst tio mikrometer på tandflankerna - en tiondel av ett människohår.” Gleason förlitar sig på den senaste generationen av CNC-styrning SINUMERIK ONE. ”Styrningen erbjuder en kopplingsfunktion för verktyg och arbetsstycke. Den så kallade elektroniska utrustningen är en viktig kvalitetsfunktion för oss, betonar Krömer. I den nya 100HCD-hubb- och avfasningsmaskinen måste totalt 18 axlar styras. Detta görs med Siemens Simotics servomotorer. ”För att få minsta avvikelser i hastighet eller position under kontroll är de processdefinierande rotationsaxlarna för verktyg och arbetsstycke utrustade med direktdrivning. Detta undviker felaktigheter orsakade av bälten eller växlar.”

Med SINUMERIK ONE driver Siemens den digitala omvandlingen av verktygsmaskinindustrin. Alla utvecklingsprocesser kan kartläggas helt digitalt med den virtuella tvillingen ”Skapa min virtuella maskin.” Detta minskar avsevärt produktutvecklings- och marknadsintroduktionstiderna för nya maskiner och ger flexibilitet: ”Programvaran för 100H-serien utarbetades av en anställd på hemmakontoret — den digitala tvillingen gjorde detta möjligt”, förklarar Dr. Krömer.

År av förtroende som grund

I Studen har man länge använt enbart Siemens-kontroller, säger Dr. Krömer. ”Nyligen konverterade vi CNC-styrningarna på alla maskiner till SINUMERIK ONE. Vi har arbetat med Siemens i årtionden. Siemens styrsystem erbjuder allt vi behöver och finns tillgängliga över hela världen, det är viktigt för oss.” Att konvertera kontrollerna vid sidan av det dagliga arbetet var en utmaning, säger Krömer, som tog sin doktorsexamen i maskinteknik vid universitetet i Aachen. ”Siemens stödde oss inte bara i utformningen av driv- och styrkomponenterna utan också under implementeringsfasen med en kundservicemedarbetare, vilket vi uppskattade mycket.”

I och med omvandlingen av kontrollen infördes också EU:s senaste maskinreglering. Detta säkerställer inte bara skyddet av anställda utan integrerar också OT-säkerhet (Operational Technology) i maskinen. Nu behöver varje person en personlig nyckel med lösenord för att använda en maskin. Det är dock viktigt att maskinerna kan manövreras enkelt och intuitivt trots höga säkerhetsstandarder, betonar Dr. Krömer. Efter att ha matat in arbetsstycksdata och bearbetningsparametrar via användargränssnittet GEMS ”Gleason Engineering and Manufacturing System” utvecklat av Gleason på kontrollpanelen genererar CNC-kontrollen koden för tillverkning utifrån denna information.

Mät, analysera, spara

Med verktygsmaskiner kommer strömförbrukningen alltmer i fokus. Rolf Leutwyler, produktchef och teknisk konsult på Siemens, säger: ”Med vår energibesparande funktion Ctrl-E har maskinförarna alltid energiförbrukning och energiåtervinning genom bromsprocesser i sikte. Denna information ligger till grund för energibesparande åtgärder och därmed också för en bättre koldioxidbalans i tillverkningsindustrin.

Men Gleasons maskiner är ändå ekonomiska, säger Dr. Krömer i perspektiv: ”I drift förbrukar 100H i genomsnitt 6 000 watt, den maximala belastningen är 13 000 watt. Det är inte mycket för en sådan maskin. Även när snabba cykeltider eller starka vridmoment är avgörande för applikationen, övergår den omedelbart till energibesparande drift när utnyttjandet är lågt. Förutom att använda effektiva motorer och/eller energisparande LED-lampor lägger Gleason stor vikt vid korrekt dimensionering av komponenter för att undvika onödigt resursslöseri. Och det faktum att Gleason Schweiz uteslutande förlitar sig på Siemens för kontroller och drivenheter säkerställer också smidiga reservdelslager. Detta innebär att färre komponenter måste flygas express runt om i världen - ytterligare ett plus för klimatet.

Radiell avfasning är ett snabbt och kostnadseffektivt sätt att avfasa kugghjul av alla slag.

Teknik i korthet

Simatic PLC S7-1500 integrerad i SINUMERIK ONE är optimalt lämpad för automatisering tack vare sin prestanda. CNC-styrningen möjliggör styrning av upp till 31 axlar i 10 bearbetningskanaler. En integrerad del av CNC är en digital tvilling ”Create My Virtual Machine.” SIMOTICS servomotorer är kompakta och mycket dynamiska permanentmagnetsynkronmotorer för bred användning i industriella miljöer. De kännetecknas av hög effekttäthet och överbelastningsförmåga.

Till användarrapporten (PDF)

Gleason Schweiz AG

Gleason Switzerland AG grundades ursprungligen 1900 som Mikron AG i Biel. Som ett dotterbolag till Gleason Corporation med huvudkontor i Rochester, NY, USA, fungerar det nu som ett kompetenscenter för kugghjulstillverkning med hjälp av hobbing, power skiving, fasning, kuggslipning och integrerar olika automatiseringsalternativ.