GF Machining Solutions setzt in 5-Achs-Hochleistungsfräszentrum komplett auf IO-Link

Paradebeispiel für Industrie 4.0

Das Hochleistungsfräszentrum Mill P 500 U ist durchgängig mit IO-Link ausgestattet.
Das Fräswerkzeug übermittelt seine Daten über IO-Link direkt an die Steuerung.
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Die Mikron Mill P 500 U ist durchgängig mit IO-Link ausgestattet. Dies verkürzt nicht nur den Aufwand für Installation und Inbetriebnahme, sondern erleichtert auch deren Handhabung. Zudem profitieren die Anwender von einer bislang nicht dagewesenen Verfügbarkeit von Prozessdaten für Parametrierungs-, Diagnose- und Servicezwecke.

Die zur GF Machining Solutions (GFMS) zählende Mikron Agie Charmilles AG in Nidau bei Biel ist ein weltweit tätiger Hersteller von Maschinen, Automationslösungen für den Formen- und Werkzeugbau sowie für die Fertigung von Präzisionsteilen. Teil des Portfolios ist das 5-Achs-Hochleistungsfräszentrum Mill P 500 U, das eine Vielzahl mechanischer Teile, Komponenten für Triebwerke und Flugzeugdüsen sowie Urformen zur Herstellung von Präzisionsteilen für die Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie bearbeiten kann. Im Kern besteht die Maschine aus einem Grundmodul, das von oben oder von vorne beladen wird. Je nach Bedarf kommen teil- oder vollautomatisierte Zuführeinrichtungen sowie unterschiedlich dimensionierte Werkzeugmagazine hinzu. Stefan Fahrni, Milling Product Manager, bringt es auf den Punkt, was Anwender an ihren Bearbeitungszentren schätzen: «Mit Genauigkeiten von ±2 µm erfüllen wir Wünsche nach höchster Präzision und gleichbleibend hoher Qualität.»

Industrie-4.0-Ansätze seit 2014

Erste Ansätze zur Entwicklung der Mill P 500 U reichen einige Jahre zurück. Im Fokus stand die Frage, welche Anforderungen Kunden morgen stellen werden. Längst bevor der Begriff Industrie 4.0 zur elektrisierenden Metapher einer ganzen Branche wurde, hatten die Entwickler bei GFMS die Bedeutung einer zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung einschliesslich der damit verbundenen Chancen erkannt. «Neben reinen Positionswerten bieten intelligente Sensoren heute eine Vielzahl an Prozessdaten vom Ort des Geschehens. Wie lassen sich diese zur Prozessoptimierung nutzen? Was ändert sich damit in Bezug auf das Anlagenhandling? Welchen Nutzen hat der Kunde, was verändert sich für uns als Hersteller?», fasst Konrad Meier, Leiter der Elektrokonstruktion, die grundlegenden Fragestellungen zusammen.

Für das Unternehmen im Jahr 2014 ein Grund, das Projekt ‚Integral Connectivity 4‘ ins Leben zu rufen: GF Machining Solutions verfolgte damit das Ziel, künftig mehr funktionale Sicherheit in der Steuerung, modulare Elektrokonzepte mit dezentraler Anbindung der Peripherie sowie eine einfache, durchgängige Kommunikationslösung zwischen Leit- und Sensor/Aktor-Ebene zu realisieren. Keine aufwendige Multipol-Verdrahtung mehr, der Installations-, Montage- und Wartungsaufwand sollte drastisch reduziert, die Diagnosefähigkeit erhöht werden.

Anwender profitiert von IO-Link

«Im Frühjahr 2014 hatten wir Gelegenheit, den damals bei GFMS kaum bekannten Kommunikationsstandard IO-Link zu präsentieren. Dabei erkannten zwei Ingenieure rasch, dass die bidirektionale Schnittstelle Antworten auf eine Vielzahl von Fragen liefern würde. Kurz darauf erhielten wir den Auftrag, gemeinsam ein integriertes IO-Link-Konzept für die geplante Mill P 500 U zu entwickeln», erinnert sich Thomas Zumbrunn, Vertriebsingenieur bei der Schweizer Balluff-Niederlassung. Als weltweit standardisierter IO-Standard (IEC 61131-9) ermöglicht IO-Link den unkomplizierten Datenaustausch zwischen Sensor-/Aktor- sowie Master-/Steuerungsebene – ausschliesslich über ein gewöhnliches Dreidraht-Standardkabel und M12-Stecker. Die Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist aber kein Feldbus, sondern eine Weiterentwicklung der bisherigen Anschlusstechnik für Sensoren und Aktoren.

Neben umfangreicher Sensorik zur Lage- und Objekterkennung, Ventilinseln und Drucksensoren am Rundschwenktisch einschliesslich einer RFID-gestützten Werkzeugverwaltung sind in der Mill P 500 U mit ihren unterschiedlichen Zuführungseinrichtungen Dutzende von Signalen zu organisieren. Via Profinet-IO-Link-Mastern steht IO-Link mit den in der Anlage agierenden Siemens- und Heidenhain-Steuerungen in Verbindung. «Von der Konzeptions- über die Installations- bis zur Inbetriebnahme bietet IO-Link eine bislang nicht gekannte Vereinfachung durch Standardisierung. Nachhaltig wirkt sich der Einsatz von IO-Link für unsere Kunden aus. Sie können nun zentral parametrieren, transparent diagnostizieren und erstmals einfach vorausschauende Wartungskonzepte umsetzen», so Stefan Fahrni.

Fernzugriff bis auf Sensor-/Aktorebene

Intelligente Sensoren sind in der Lage, eine Fülle an Parameter- und Zustandsdaten in Echtzeit zu übermitteln und so ein umfassendes Bild vom Stand der Dinge auf Prozessebene zu zeichnen. Das eröffnet neue Diagnose- und Predictive-Maintenance-Ansätze: Das mit einem RFID-Chip ausgestattete Fräswerkzeug des Mill P 500 U übermittelt seine spezifischen Produkt- und Einsatzdaten an die Steuerung und kündigt rechtzeitig einen Nachschleiftermin an. Bei verschmutzter optischer Linse teilt ein Optosensor Leistungseinbussen mit und fordert selbständig Abhilfe. Ein Antrieb weist auf eine den definierten Grenzwert übersteigende Überhitzung hin. Service- und Wartungseinsätze sind, stets unter Erfüllung der vom Betreiber auferlegten Sicherheitsvorgaben, bis auf Sensor-/Aktorebene hinab per Fernzugriff möglich.

Zum IO-Link-Ausstattungsportfolio der Mill P 500 U zählt übrigens auch die Smartlight von Balluff: Die IO-Link-Signalleuchte ist frei programmierbar, wahlweise lassen sich mit ihr Segment-, Level-, Lauflicht- und Fleximodi mit einem breiten Farbspektrum darstellen. «Damit können wir alle denkbaren Zustandsanzeigen, Warnbotschaften oder Handlungsaufforderungen darstellen. Vor allem müssen wir nun nur noch einen einzigen, universell einsetzbaren Leuchtentyp bevorraten», sagt Konrad Meier. Kein Wunder, dass GF Machining Solutions Smartlight künftig als Konzernleuchte einsetzen will.