Prüfung und Sortierung von Sohlenmotorlagern Automatisiert messen auf Texanisch - Quality Engineering

Prüfung und Sortierung von Sohlenmotorlagern

Automatisiert messen auf Texanisch

Anzeige
Wovon die meisten Produktionsstätten nur träumen, das ist bei Conroe Machine Realität: Hartdrehen von Produkten rund um die Uhr in einer unbemannten Zelle. Darin integriert ist ein Fanuc Roboter mit dem Equator Prüfsystem für eine 100-Prozent-Teileprüfung und die Autokompensation einer Doppelspindel-Drehmaschine. Die Produktionszelle amortisiert sich für die Texaner innerhalb von 18 Tagen.

Werkstücke mit der besten verfügbaren Fertigungstechnologie herzustellen, ist das Ziel von Conroe Machine. Das Unternehmen ist noch relativ jung; es wurde im Jahr 2000 von Murray „Tippy“ Touchette gegründet und wuchs schnell auf rund 150 Mitarbeiter, die in einer klimatisierten, 6000 m2 großen Fertigungsstätte untergebracht sind. Obwohl es sich eigentlich um keine fachspezifische Werkstatt handelt, kommt aufgrund der Lage von Conroe in der Umgebung von Houston/Texas, ein hoher Prozentsatz der Aufträge aus der Öl- und Gasindustrie, hauptsächlich für Bohrarbeiten an Komponenten. Dazu gehört die Herstellung von Axiallagerscheiben für Schrägloch-Sohlenmotoren. Diese Teile werden bei Conroe wöchentlich zu Tausenden rund um die Uhr hergestellt.

Die Lager werden derzeit auf vier Doosan Puma Drehmaschinen, die eigentlich Schrupp- und Schlichtarbeiten durchführten, und von vier Bedienern betreut wurden, geschruppt. Diese Maschinen sind jetzt in zwei Zellen aufgeteilt, werden von Fanuc Roboter be- und entladen und führen nur noch Schrupparbeiten durch. Die halbfertigen Teile werden dann zum Einsatzhärten (HRC 65 bis 1,7 mm) geschickt, bevor Sie fertig gedreht werden.
„Unsere Produktion hatte mit diesen beiden Zellen bei 800 bis 1000 Teilen pro Tag ein Maximum erreicht“, erklärt CNC-Programmierer James Wardell. „Wir hatten einen Maschinenbediener zur Beladung der Maschine und Prüfung der Teile. Bei einem solchen Volumen kann man allerdings von einem Bediener nur eine bestimmte Anzahl von Prüfungen erwarten, und wir mussten unsere Produktion steigern.“
„Für unseren nächsten Schritt nach oben haben wir uns einen vollautomatischen Prozess für die Schlichtarbeit vorgestellt, mit einer automatischen Werkstückbeladung, Prüfung nach dem Prozess, automatischen Werkzeugkompensation, Markierung von Teilen und Verpackung/Palettierung der Werkstücke“, fügt er hinzu. „Wir wussten ziemlich genau, welche Komponenten wir für ein derartiges System wollten – bis auf die Werkstück-Prüftechnologie, den CNC-Typ und die Software für die Werkzeugkompensation. Die Prüfung muss schnell sein, damit sie mit den Zykluszeiten der Werkstücke mithalten kann – und das kann nur 98 Sekunden betragen. Wir wollten ursprünglich mit Weißlichtlaser arbeiten. Aber aufgrund der möglichen Geschwindigkeit reflektieren die Werkstücke zu stark. Wir haben uns auch über zweckgebundene Messvorrichtungen und Koordinatenmessgeräte im Fertigungsbereich informiert. Zweckgebundene Messvorrichtungen sind sehr teuer und benötigen viel Aufmerksamkeit bei der Einrichtung. Ein Koordinatenmessgerät brachte keinen Vorteil in Bezug auf die Geschwindigkeit. Da wir an einem anderen Projekt schon mit Renishaw arbeiteten, hat uns die Regionalleiterin Equator als mögliche Lösung gezeigt.“
Werkzeuge und Software zur Prozessüberwachung
Equator ist eine kostengünstige, flexible Alternative zu zweckgebundenen Messlösungen. Es verwendet die Methode der vergleichenden Messung. Eine Masterkomponente mit bekannten Abmessungen, die auf einem Koordinatenmessgerät ermittelt wurden, wird verwendet, um Equator zu „mastern“. Alle anschließenden Prüfungen werden dann mit diesem Master verglichen. Die Wiederholgenauigkeit beträgt unmittelbar nach dem Mastering 0,002 mm. Um die Temperaturschwankungen in der Werkstattumgebung zu kompensieren, kann ein Re-Mastering von Equator jederzeit durchgeführt werden. Equator verwendet einen SP25 Messtaster zur taktilen und Scan-Datenerfassung mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1000 Punkten/s. Die Tastereinsätze werden in einem integrierten Wechselmagazin mit sechs Speicherplätzen gehalten und das System wird über die Modus Equator Software programmiert. Equator kann manuell mit einfacher Knopfbedienung verwendet werden, aber in diesem Fall eignet sich das System ideal für eine Integration in Conroes automatisierten Systemen, mit der EZ-IO Software für die Automatisierung.
Wardell: „Abgesehen davon, dass die Okuma Drehmaschine automationsbereit für unseren Komponententyp war, besitzt die auf Windows basierte OSP Dual-Path-Steuerung des Equators eine PC-basierte Betriebsplattform in offener Architektur. Das war wichtig für unseren Plan, eine eigene Autokompensationssoftware zu entwickeln.“
Equator als Teil der Automatisierungszelle
Das Ergebnis ist eine Produktionszelle, bestehend aus der Okuma 2SP-250H, einem Equator, einer Graviermaschine und einem Fanuc M20iA 6-Achs-Roboter. Die zweiteiligen Karussells der Drehmaschine werden mit rohen Werkstücken, ungefähr 300 Stück, beladen. Die Doppelportal-Lader der Drehmaschine bestücken die Spindeln und legen die fertigen Teile in eine Rutsche, die zu einem Förderband führt, wo dann die Teile durch den Roboter entnommen werden. Das Bauteil wird anschließend vom Roboter zur Prüfung in den Equator gelegt, und sofern es in Ordnung ist, weiter zur Graviermaschine befördert. Zum Schluss verpackt und palettiert der Roboter die fertigen Teile.
„Wir haben unsere eigene Werkzeugkompensations-Software entwickelt, die mit der OSP-Steuerung betrieben wird“, sagt Wardell. „Die Software arbeitet mit den Ergebnissen von Equator, übertragen in Form einer CSV-Datei, um eine Werkzeugkorrektur durchzuführen, wenn ein Bauteil von der Toleranz abweicht.“ Bei der Bearbeitung werden ungefähr 0,38 mm Material pro Seite abgetragen, die engste Toleranz liegt bei ±0,025 mm und die Oberflächengüte bei 0,5 µm. Die Bauteile haben einen Außendurchmesser von circa 7,6 bis 15,2 mm. „Das Equator-System hat keine Probleme, Prüfungen innerhalb unseres Toleranzbereichs mit Spielraum durchzuführen“, erklärt Wardell. „Unser Innen-/Außen-Durchmesser bleibt exakt gleich mit einer Radiusabweichung von vielleicht ein paar Zehntel. Wir verarbeiten Bauteile schubweise, um Spannbacken- und andere Werkzeugwechsel minimal zu halten.“ Dank seiner Geschwindigkeit kann Equator mit dem Prozess Schritt halten. Da die Conroe-Produktionsstätte auf 22,2° C klimatisiert ist, muss das Unternehmen nur einmal pro Tag ein Re-Mastering durchführen.
Prüfprinzipien und automatisierte Flexibilität
Die Prüfmethode für die Bauteile ist erstaunlich einfach. „Wir haben einen Aluminiumblock mit einer Bohrung in der Mitte gefertigt. Dieser Block wird in der Mitte der Equator-Spannplatte positioniert“, erklärt Wardell. „Wir bestimmen damit unsere Mitte und stellen unser Koordinatensystem entsprechend ein. Jedes Bauteil wird dann in der Mitte dieses Blocks platziert. Zur Bestimmung der Bauteilmitte werden diese angefahren, alle anderen Merkmale werden gescannt. Wir haben das Prüfverfahren entsprechend geplant, um ohne Bauteilspannung und Tastereinsatzwechsel auszukommen. Der Roboter bestimmt, über die EZ-IO Automatisierungssoftware auf Equator, welches Prüfprogramm für das jeweilige Bauteil verwendet werden soll. Wir kennen die kritischen Merkmale, die geprüft werden müssen, damit sich das Teil innerhalb der Toleranz befindet.“
Prüfung und Sortierung gebrauchter Teile
Die Hartdrehzelle produziert zurzeit zwischen 600 und 700 fertige Teile pro Tag. Das heißt, das Volumen wird heute in einer statt wie bisher in zwei Zellen abgearbeitet. Dadurch konnte Conroe ein weiteres Projekt starten, das die Sortierung von Bauteilen für einen Kunden beinhaltet: Basierend auf einem Konzept von Touchette, entwickeln Wardell und der Robotik-Techniker Jeff Buck eine Prüf- und Sortierzelle für gebrauchte Axiallagerscheiben für Sohlenmotoren.
In Ölfeld-Reparaturwerkstätten werden gebrauchte Motoren zerlegt, instand gesetzt und wieder in Betrieb genommen. „Der Kunde hat bisher die gebrauchten Lagerscheiben visuell untersucht, um festzustellen, ob die Teile wieder verwendet werden können. Ihm war bewusst, dass einige gute Bauteile – und Geld – dabei weggeworfen wurden“, sagt Wardell. „Wir wollten eine Plug&Play Prüf- und Sortieranlage anbieten, bei der die menschliche Einschätzung keine Rolle mehr spielt, damit eine größere Anzahl guter Lagerscheiben verwertet werden kann.“
Buck und Wardell sind nun dabei eine neue Zelle zu entwickeln: mit zwei Equator-Geräten, einem Fanuc LR Mate 200iC 6-Achs-Roboter, einer Förderanlage mit flacher Bauweise und mehreren Spuren, einem Fanuc IR Vision System sowie einem schnellen ATI Werkzeugwechsler für die Endeffektoren des Roboters. Das Vision System teilt Equator die Teilenummer des Bauteils mit und welches Prüfprogramm ausgeführt werden soll. Die guten Teile werden daraufhin auf die entsprechende Förderspur gelegt, die schlechten auf einen Ausschussförderer.
„Wir haben das System so entworfen, dass es für die Lieferung als Einheit transportiert werden kann und für die Mitarbeiter in der Werkstatt einfach zu bedienen ist – anschalten und Teil auf die Förderanlage legen“, erklärt Buck.
„Für unsere Bearbeitungszelle gab es kein anderes kosteneffektives Prüfwerkzeug für den Einsatz in der Produktion, das mit Equator vergleichbar ist“, fügt Wardell hinzu. „Und wir hoffen, dass sich durch unseren ersten Schritt in die Zellenintegration neue Geschäftsmöglichkeiten für unser gesamtes Unternehmen erschließen.“ ■
Anzeige

Themenseite Control 2018

Spannende Beiträge rund um die Fachmesse für Qualitätssicherung

Videos Control 2018

Interessante Interviews und Produktvorstellungen von der Messe.

Quality Engineering

Titelbild QUALITY ENGINEERING 1
Ausgabe
1.2019
LESEN
ABO

Control 2019

Die Welt der Qualitätssicherung vom 07. bis 10. Mai 2019 zu Gast in Stuttgart

Newsletter

Unsere Dosis Wissensvorsprung für Sie. Jetzt kostenlos abonnieren!

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper zum Thema Qualitätssicherung

FORUM Qualitätssicherung

Das Forum für Qualitätssicherung bei additiven Verfahren

Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de