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Verschleiß reduzieren, Justierzeit halbieren Hochpräzise Schleifen

18.05.2018

Präzision beim Schleifen ist umso wichtiger, je filigraner die Werkstücke sind – das gilt auch für Zahn­implantate. Hier setzt ein Maschinenbauer für die Herstellung von Zahnbohrern bei der Steuerung der CNC-Achsen auf eine flexible und modulare Software-Lösung.

Seit 1877 befasst sich Dentsply Sirona mit zahnmedizinischen Produkten und hat sich als Hersteller von Zahnimplantaten und digitalen Planungswerkzeugen am Markt etabliert. Der unternehmenseigene Maschinenbauer Advanced Technology Group liefert dabei die Grundlagen. Ein Beispiel ist die Schleifmaschine IM4P zur Herstellung von Zahnbohrern. François Aeby, Leiter der Advanced Technology Group, sagt über die Bedeutung der eigenen Maschinenherstellung: „Unser Ziel ist es, effiziente und kundenspezifische Maschinen für alle Dentsply-Sirona-Produktionsstätten bereitzustellen. Die Hauptmotivation liegt zum einen darin, Know-how im eigenen Haus zu behalten, und zum anderen, Kunden bei deren Wertschöpfung und Produktentwicklung mit neuen Prozessen und Technologien zu unterstützen.“

Verbesserte Zahnbohrer-Schleifmaschine

Bei der Schleifmaschine IM4P für zahnmedizinische Bohrer wurde laut François Mottier, Projektmanager bei Dentsply Sirona, ein sichtbarer Evolutionsschritt gegenüber dem Vorgängermodell vollzogen: „Mit dem Einsatz der TwinCAT CNC konnte die Inbetriebnahme der Maschine vereinfacht und die Bearbeitungsqualität verbessert werden. Außerdem ließ sich die Maschinenflexibilität steigern und dadurch der Wechsel zwischen verschiedenen Bohrerarten erleichtern. Ein Produktwechsel lässt sich nun komplett per Software vornehmen, ohne mechanische Teile austauschen zu müssen.“ Dazu ergänzt François Aeby: „Dies gilt auch für die Umstellung auf weitere Anwendungsbereiche. So ist mit der gleichen CNC-Funktionalität zukünftig auch die Herstellung von Zahnfräsen vorgesehen. Dafür müssen lediglich die Werkzeuge entsprechend angepasst werden.“

Aufgebaut ist die Schleifmaschine aus vier Modulen, die jeweils über fünf interpolierte und eine virtuelle CNC-Achse verfügen, wie Daniel Roy, Automatisierungsingenieur bei Dentsply Sirona, erläutert: „Die fünf über TwinCAT CNC gesteuerten Achsen dienen der genauen Positionierung des Werkzeugs sowie der Bewegung des Rollwagens mit den verschiedenen Bearbeitungswerkzeugen. Hinzu kommt eine Werkzeugauflage, die sich mit denselben Achsen und einer zusätzlichen Spindel bewegt. Bei der virtuellen Achse handelt es sich um eine Kombination der x- und der y-Achse, die als Funktion innerhalb von TwinCAT CNC Transformation zur Verfügung steht.“

Höhere Maschinenperformance

Aufgrund gestiegener Anforderungen an die Maschinenperformance setzt Dentsply Sirona bei der Neuentwicklung TwinCAT 3 CNC ein. Neben einem Basis Pack umfasst das System einen Axis Pack für den Ausbau auf insgesamt 64 Achsen/geregelte Spindeln sowie einen Channel Pack für den Ausbau eines weiteren CNC-Kanals auf maximal 12 Kanäle. Abgerundet wird das Paket mit TC3 CNC Transformation mit 5-Achsfunktionalität, Kinematikbibliothek, RTCP- und TLC-Funktion sowie Definition verschiedener Koordinatensysteme.

Daniel Roy sieht durch diesen Wechsel einige Vorteile: „Die TwinCAT CNC macht die Maschine bei geringerem Verschleiß des Schleifers und bei stabileren Prozessabläufen schneller. Zudem nutzen wir die Software, um die Programme für die Kurvenfahrten zu generieren, entweder über selbst programmierten Code oder per Interpolation. Großen Einfluss hat auch die Funktion der automatischen Mechanikkorrektur, das heißt der Achs-Nichtlinearitäten. Weitere Funktionen, wie die Offset-Kompensation, tragen dazu bei, das Ziel der reduzierten Justierungszeit zwischen zwei Produktionsreihen zu erreichen, welche gegenüber der Vorgängermaschine von drei auf eineinhalb Stunden halbiert wird. Mit zusätzlichen Verbesserungen sowie Schulungen der Maschinenbediener erwarten wir eine weitere Reduzierung, zumal das Bedienerinterface leichter zu bedienen ist als bisher, was Aufgaben wie Inspektionen und Maschinenmonitoring erleichtert.“

Offene All-in-One-Automation

Dentsply Sirona setzt seit 2003 auf die Steuerungstechnik von Beckhoff. Dazu Daniel Roy: „Wir suchten nach einem System, das die Achssteuerung nahtlos und ohne separate Hardware integriert und auch gegenüber Drittkomponenten offen ist. Eine solche All-in-One-Automation mit SPS- und NC-Funktionalität haben wir in PC-based Control von Beckhoff gefunden. Hinzu kommt die hohe Leistungsfähigkeit der Beckhoff-IPCs. So reicht der Schaltschrank-PC C6920 mit dem 4-Kern-Prozessor Intel Core i7 als alleinige Hardwareplattform aus, um die Schleifmaschine IM4P zu steuern – alle vier Maschinenmodule inklusive des Werkstückhandlings per SPS-Funktionalität sowie der integrierten Sicherheitsfunktionen.“ François Mottier ergänzt: „EtherCAT ist leistungsfähig und gut geeignet für die Datenübertragung an die Antriebstechnik. Außerdem lassen sich durch die weite Verbreitung des etablierten Industriestandards unterschiedlichste Geräte einfach integrieren. Gleiches gilt mit Safety-over-EtherCAT und TwinSAFE für den Bereich der Maschinensicherheit, das heißt im Fall der Schleifmaschine für Not-Halt, Schutztüren und Safety-Funktionen der Achsen.“

Dass sich dabei auch Konstruktionsaspekte gut berücksichtigen lassen, zeigt für ihn der Handling-Bereich der IM4P: „Die Handling-Funktionen, wie zum Beispiel Be- und Entladen, sind über sieben Servoachsen realisiert. Wie profitieren von der kompakten Bauweise, erreicht durch die Servoverstärker EL7211 im Klemmenformat und die Servomotoren AM8100 mit One Cable Technology (OCT).“

Bildergalerie

  • Mit der TwinCAT CNC konnte Dentsply Sirona die Performance ihrer Zahnbohrer-Schleifmaschinen erhöhen.

    Bild: Beckhoff

  • All-in-One-Automation in kompakter Form: der Schaltschrank-PC C6920 und die modulare I/O-Ebene mit direkt integrierter Safety und Antriebstechnik.

    Bild: Beckhoff

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