CNC-Programmierung bei Feldbinder: verschiedenste Maschinen – einheitliche Software

Im normalen Berufsleben bildet das Meisterstück den Abschluss eines langen Weges; anders bei der Zusammenarbeit von Feldbinder und Alma. Hier stand das Meisterstück am Anfang, denn nur Alma war es gelungen, eine Plasmaschneidanlage des italienischen Herstellers CR anzusteuern – der Beginn einer langen, fruchtbaren Zusammenarbeit.

Mit der Software der 2003 angeschafften CR-Anlage, die für Aluminium-Bleche bis 20 mm Dicke eingesetzt wird, hatte Feldbinder von Anfang an Probleme: Nicht genug, dass die Steuerung nicht in der Lage war, Splines vernünftig zu verarbeiten – Kurvenfunktionen, die bei Feldbinder fast an jedem Behälterteil vorkommen. Auch der Umgang mit dem teuren Aluminium ließ sehr zu wünschen übrig. Die Hoffnung auf eine Lösung von Seiten CR fand mit der Insolvenz der Italiener ein jähes Ende. Nicht viel besser erging es den Feldbinder-Mitarbeitern, als sie auf der Suche nach einer praktikablen Lösung verschiedene Firmen ansprachen, denn das Entwickeln eines passenden Post-Prozessors scheiterte an den von Binär-Codes verschlüsselten Daten der CR-Steuerung.

Anders bei Alma: Dem ersten Signal aus der deutschen Niederlassung in Blaubeuren – „wir schaffen das“ – folgte schon bald die reale Umsetzung in Form eines passenden Post-Prozessors, der sich schon in kürzester Zeit bezahlt machte. Dazu Rainald Schulz, Leitung Chassis- und Behälterbau: „Der Verschnitt mit der CR-Software war für uns nicht mehr akzeptabel, schließlich gingen zum Zeitpunkt der Entscheidung pro Woche rund 12 Tonnen Aluminium über die Maschine – inzwischen sind es sogar noch deutlich mehr. Gegenüber der zuvor eingesetzten Software von CR konnten wir mit act/cut den Verschnitt um 10 Prozent reduzieren.“

Und damit nicht genug. Konstrukteur Helge Helwig: „Mit Alma ist alles besser geworden: Die Software ist schneller, einfacher zu bedienen und verschachtelt effektiver. Auch der Umgang mit den Daten aus der Konstruktion ist wesentlich einfacher und besser gelöst.“

Angesichts derart positiver Erfahrungen war es keine Frage, dass Alma auch beim Kauf der Biegesoftware für die Abkantpresse in die engere Wahl kam – und aufgrund eindeutiger Vorteile auch den Zuschlag erhielt. Die Software von Alma erwies sich für Feldbinder als ideale Lösung um aus 3D-Daten zuverlässig eine exakte Abwicklung zu erzeugen und anschließend die Plasmaschneidanlage und die Abkantpresse mit den entsprechenden Programmen zu versorgen.

Dazu werden heute bei Feldbinder in der Arbeitsvorbereitung die 3D-Daten vom Server heruntergeladen. Anschließend erfolgt unter Berücksichtigung von Materialart, Blechdicke, Biegeradien etc. in der Alma-Software die Abwicklung. Die Abwicklung wird dann einerseits in act/cut übertragen, wo das Schneidprogramm erzeugt und die Verschachtelung durchgeführt wird. Dabei werden die Teile zwar in Abhängigkeit von den eingestellten Parametern – zum Beispiel Materialart und -dicke, Art der Schachtelung, die Verwendung von Mikrostegen oder eventuellen Vorgaben für das Restgitter – automatisch verschachtelt, der Bediener kann allerdings jederzeit manuell eingreifen und die Position einzelner Bauteile auf der Platine verändern. Nach Abschluss der Schachtelung wird über einen Postprozessor das Programm für die CR-Maschine oder eine andere Schneidanlage erzeugt und direkt zur Maschinensteuerung geschickt. Der Maschinenbediener braucht nur noch das Programm einzulesen und zu starten.

Die Abwicklung mit den Kantlinien und den vorgegebenen Parametern nutzt aber auch die act/bend Software zur Programmierung der Safan-Abkantpresse, um daraus das entsprechende Biegeprogramm zu erzeugen. Die Werkzeuge und die Biegereihenfolge werden dabei auf Basis der Vorgaben aus der Konstruktion automatisch gewählt. Wenn bei der abschließenden Simulation des Biegeablaufs keine Fehler auftreten, wird das Programm zur Abkantpresse übertragen. Mit einem Minimum an Eingabeaufwand entsteht auf diese Art und Weise ein fertiges Biegeprogramm.

Nachdem dies alles reibungslos funktionierte, blieb Feldbinder seinem CAM-Partner Alma auch beim bislang schwierigsten Schritt treu: Dem Einstieg in die Offline-Programmierung der beiden Schweißroboter – quasi das Meisterstück der Arbeitsvorbereitung von Feldbinder. Helge Helwig: „Vom Schwierigkeitsgrad her ist das Roboterschweißen mit keiner anderen Anwendung vergleichbar. Das Schachteln ist relativ einfach zu erlernen; nach sechs Stunden kann man damit arbeiten. Die Biegesoftware ist schon etwas aufwändiger. Aber um mit der Robotersoftware umgehen zu können, muss man sich schon über Wochen mit dem System auseinandersetzen.“

Um Missverständnissen vorzubeugen: Dies heißt nicht, dass die Offline-Programmierung der Roboter mit Alma schwieriger wäre als mit anderen Programmen– ganz im Gegenteil. Aber das offline Programmieren von Schweißrobotern gehört zu den schwierigsten Programmierarbeiten. Dank Alma gelingt die Offline-Programmierung der Roboter – eigentlich eine Aufgabe für einen erfahrenen Programmierer – bei Feldbinder aber sogar einem gelernten Schweißer, der damit seine ganze Schweißerfahrung in die Programme einbringen kann.

Dazu ein Beispiel aus der Praxis: Bei der Neuprogrammierung lässt sich vorher nicht exakt vorhersagen, mit welchen Parametern an welcher Stelle geschweißt werden muss. So erhöht sich zum Beispiel durch die Wärmeeinbringung die Temperatur des Bauteils, was sich wiederum auf den benötigten Schweißstrom auswirkt. Ein erfahrener Schweißer erkennt solche Stellen und kann die Parameter schon bei der Erstellung des Programms entsprechend vorwählen, was den Aufwand beim Einfahren des Bauteils deutlich nach unten drückt.

Der Lohn der Mühe: Mit der Offline-Programmierung konnte Feldbinder die Programmierzeiten und vor allem die Stillstandszeiten der Roboterzelle deutlich verringern. Die Erfahrung der Bediener, was den Programmieraufwand im Vergleich zum Teachen betrifft: Während früher für ein aufwändiges Großbauteil mit vielen Stepnähten rund eine Woche an Programmierzeit anfiel, reduzierte sich dies auf weniger als einen Tag. Und nachdem die gesamte Programmierung am PC erfolgt – und damit ohne Stillstandszeiten der Roboterzelle – konnte der Durchsatz massiv gesteigert und damit der großen Nachfrage nach Silofahrzeugen ohne Investition in zusätzliche Anlagen Rechung getragen werden. Ganz ohne Nachteachen der Programme geht es zwar nicht, durch die sehr gut verwendbaren Offline-Programme beschränkt sich der Aufwand aber auf maximal 10 bis 15 Prozent.

Besondere Vorteile hat die Offline-Programmierung nach Erfahrung der Feldbinder-Mitarbeiter in Verbindung mit dem Gasdüsensensor. Damit der Gasdüsensensor perfekt arbeiten kann, muss die Düse genau senkrecht zur Oberfläche sein. Beim Teachen ist dies mit einem erheblichen Aufwand verbunden, denn der Bediener muss an der Teachbox diesen Winkel an jedem geteachten Punkt mühsam von Hand einstellen. Erschwerend kommt hinzu, dass mit dem bloßen Auge nur schwer zu erkennen ist, ob der Brenner nun wirklich exakt im 90°-Winkel zum Bauteil steht. Ganz anders und viel einfacher bei der Offline-Programmierung: Es genügt, dem Programm einen 90°-Winkel vorzugeben, das war’s.

Der Gasdüsensensor von OTC ist bei Feldbinder übrigens ein gerne und häufig genutztes Instrument zur Prozesssicherung. Rainald Schulz: „Wir fahren bei kritischen Nähten vor dem Schweißen die Naht mit dem Gasdüsensensor ab und nehmen die Abweichung vom theoretischen Bauteil auf. Dies wird dann von der OTC-Software bei der Berechnung der realen Schweißbahn berücksichtigt. Bei einfachen Nähten ist dies nicht nötig, diese Nähte werden mit der berechneten Bahn geschweißt.“

Allerdings stellt sich oft erst beim Schweißen heraus, welche Nähte über den Nahtsuchsensor gesucht und welche einfach so geschweißt werden können, denn durch die Wärmeeinbringung beim Schweißen können sich die Bauteile verziehen. Welche Naht deshalb gesucht werden muss und welche nicht, zeigt sich erst in der Praxis. Für Feldbinder kein Problem, denn über die OTC-Software lässt sich das Nahtsuchen auch nachträglich ganz einfach einstellen. Wichtig an dieser Stelle: Die Änderungen, die an der Robotersteuerung durchgeführt werden, lassen sich in die Alma-Software zurückspielen. Dadurch sind alle Programme immer auf dem gleichen Stand.

Große Vorzüge hat die Offline-Programmierung am PC auch bei symmetrischen Bauteilen, da die Konturen einfach gespiegelt werden können und nicht mehr komplett von A bis Z programmiert werden müssen, und bei Stepnähten: Hier genügt es, die Zahl der Nähte und den Abstand einzugeben, die genaue Aufteilung errechnet sich die Software dann automatisch.

Die Praxisorientierung der Alma-Software zeigt sich auch an Dingen wie dem ‚Anschnitt’, durch den über das Setzen von Parametern vorgegeben werden kann, wie der Anfang einer Schweißnaht aussehen soll. Zum Beispiel, dass der Roboter schon vor dem eigentlichen Startpunkt der Schweißnaht mit einer ‚Blindraupe’ beginnt und damit das Schweißbad schon am Startpunkt die ideale Temperaturverteilung hat. Dadurch gibt es in der eigentlichen Schweißnaht keine ‚kalten Stellen’ mehr. „Gerade bei kurzen Kettennähten hat sich dies hervorragend bewährt,“ freut sich Rainald Schulz. Und die gibt es bei den Teilen, die Feldbinder mit den OTC-Robotern schweißt, zuhauf.

Denn die beiden Roboter produzierten überwiegend kleine und mittelgroße Fahrwerks- und Chassis-Module, aus denen dann die Fahrzeuge entstehen – allein im Feldbinder-Werk in Winsen-Luhe rund 1.500 pro Jahr. Nachdem insbesondere die Fahrwerksteile hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, ist ein akkurates Schweißen an diesen Stellen die Voraussetzung für eine lange Lebensdauer der komplett aus Aluminium gefertigten Fahrzeuge. Doch die eigentliche Herausforderung ist eine andere. Rainald Schulz : „Der Fahrzeugbau ist eigentlich eine relativ simple Geschichte. Aber wir bauen rollende Druckbehälter, noch dazu aus Aluminium, die zudem oft noch besondere Anforderungen für den Transport von Gefahrgut erfüllen müssen.“

Verständlich, dass Feldbinder bei der Auswahl der Schweißroboter besondere Sorgfalt walten ließ. Dass letztendlich OTC das Rennen machte, hat verschiedene Gründe. Einmal die langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Systemhaus und OTC-Partner Severt. Ausschlaggebend waren aber auch verschiedene Besonderheiten von OTC: Denn das Unternehmen baut neben den Robotern auch die Steuerung, die Stromquellen und die Positionierer im eigenen Haus. Das Komplettsystem, also der Roboter, die Stromquelle und die externen Achsen, wird über die Robotersteuerung gesteuert. Schnittstellenprobleme, die bei der Kopplung von Robotern eines Herstellers mit Stromquellen eines anderen Herstellers nie ganz auszuschließen sind, sind damit von vornherein ausgeschlossen.

Dazu kommt noch die extrem schnelle Kommunikation zwischen Roboter und Stromquelle. Um den Lichtbogen möglichst stabil zu halten, muss gerade beim Alu-Schweißen die gesamte Kommunikation extrem schnell erfolgen – zum Beispiel, um bei Bewegungsänderungen des Roboters gleichzeitig den Schweißstrom anzupassen. Für OTC kein Problem: Über die Teachbox können die Schweißparameter an jedem beliebigen Punkt der Bahn vorgegeben werden.

Im Bestreben, einen idealen Lichtbogen-Bahnschweiß-Roboter zu bauen, hat OTC zudem viel Aufwand in eine hohe Bahngenauigkeit investiert, um eine vorgegebene Bahn möglichst genau einhalten zu können – das A&O beim Roboterschweißen. Wolfgang Ludin, Leiter Vertrieb bei OTC: „Wir haben eine Bahntreue von 0,08 mm. Während verschiedene andere Roboterhersteller die Wiederholgenauigkeit auf einen Punkt beziehen, gibt OTC die Wiederholgenauigkeit auf eine Bahn an, da die Bahntreue für das Roboterschweißen entscheidend ist. Einen Punkt treffen wir mit einer Genauigkeit von weniger als 0,02 mm.“

Günter Kögel – Oktober 2007

www.feldbinder.de