Wasserstrahlschneiden ist ein effektives und vielseitiges Verfahren zum Schneiden unterschiedlicher Materialien, darunter Metalle, Kunststoffe, Glas, Keramik, Stein und Verbundwerkstoffe, bis hin zu exotischen Anwendungen wie z.B. das Portionieren von Fischfilets und Dessertkuchen. „Wir sind vom Wasserstrahlschneiden wegen seiner Vielseitigkeit, Präzision, Sauberkeit, Umweltfreundlichkeit und Kosteneffizienz überzeugt“, erklärt Jesper Kimblad, technischer Leiter bei IGEMS. Für den perfekten Cut hat das Unternehmen aus dem schwedischen Borås eine CNC-Software entwickelt, die die sich ständig ändernden Eigenschaften des Wasserstrahls berücksichtigt. Deren Basis bilden Twincat 3 mit verschiedenen Funktionen und weitere Beckhoff-Komponenten.
Vorteile durch Flexibilität
Kein anderes System bot laut Kimblad die dafür notwendige Flexibilität und Funktionalität: „Ein Problem herkömmlicher Steuerungen liegt darin, dass man die digitalen Ausgänge während der Bahnbewegungen der Düse nicht ausreichend schnell und synchron ansteuern kann.“ Genau das ist beim Wasserstrahlschneiden jedoch unerlässlich: Wasser und Abrasivmittel müssen präzise zu dosieren sein. Denn selbst sehr kurze Stopps oder Verzögerungen hinterlassen Spuren an den Schnittkanten. Zudem sei keine andere Steuerung in der Lage gewesen, im laufenden Betrieb den Vorschub von Millimeter pro Minute auf inverse Zeit umzuschalten, so Kimblad weiter. Diese Funktion sei besonders nützlich beim Schneiden von Rohren und beim Fünfachsbetrieb. Insgesamt vier Iterationen mit anderen Steuerungsanbietern durchlief IGEMS, bevor mit der Steuerungstechnik von Beckhoff und Twincat 3 endlich die passende Plattform gefunden wurde.
Single Sourcing in Hard- und Software
Beckhoff konnte alle für Wasserschneidmaschinen benötigten elektrischen Komponenten zur Verfügung stellen. „Am wichtigsten ist, dass Twincat 3 sicherstellt, dass eine Maschine nicht anhalten muss, während das Programm läuft“, sagt Kimblad. So lassen sich mehrere Schneidaufgaben in einem Arbeitsgang erledigen und ein gerader Schnitt ist ebenfalls gewährleistet. IGEMS verwendet die Twincat-Funktionen TC1200 (PLC), TF5000 (NC PTP) und TF5060 (NC FIFO Axes), um die Trajektorien der Motoren zu berechnen, die Antriebe und Bewegungen zu steuern, die Achseninterpolation durchzuführen, I/O-Änderungen zu verfolgen und all diese Daten in den FIFO-Puffer (First In, First Out) von Twincat zu übertragen. Alle Daten werden in Echtzeit über Ethercat kommuniziert.
„Twincat bewältigt eine schwierige Aufgabe mit strömenden Positionen sehr schnell und gewährleistet einen präzisen und perfekten Schnitt“, versichert Kimblad. „Die Software eignet sich hervorragend zur Überwachung von Werten und läuft auf einem Industrie-PC, sodass wir die gesamte Entwicklung auf Laptops durchführen können. Das Einrichten und Programmieren der Wasserschneidanlage geht zudem sehr schnell und dauert zwischen fünf und 30 Minuten.“ Aufgrund der Offenheit von PC-based Control können Maschinenbauer zusätzliche Funktionen in die Steuerung integrieren und mit der Beckhoff Hardware automatisieren.
Diese Flexibilität nutzt IGEMS selbst für optionale Funktionen, z.B. bei der Arbeitsvorbereitung und für die Kalibrierung: Meist werden Reststücke der Bleche für spätere Aufträge gelagert und mehrfach auf die Schneidanlagen gespannt. Eine optionale Kamera über den Schneidanlagen scannt diese Reststücke und überträgt die Bilder zur Steuerung. Dort wird die Kontur skaliert und in das Schnittmuster des anstehenden Bearbeitungsprogramms eingeblendet. Der Maschinenführer kann anschließend den Nullpunkt des NC-Programms direkt auf dem Bild setzen und ggf. die Position der Teile anpassen. Zudem wurde eine Funktion zur Kalibrierung der Anlage in die Steuerung integriert, die zusammen mit dem optionalen Rounder die Abweichungen in X-, Y- und Z-Richtung misst und kompensiert. „Für diese Kalibrierung benötigten die Maschinenbauer früher einen halben bis ganzen Tag. Mit unserer Software und dem Messkopf nur noch neun Minuten“, unterstreicht Jesper Kimblad die Vorteile der offenen Steuerungsarchitektur.
Maschinenbauer profitieren von Branchenzuschnitt
Die Firma Kimtech in Stockholm hat mittlerweile fünfzehn Maschinen mit Steuerungen von IGEMS installiert und 30 weitere Komplettsysteme von Beckhoff bestellt. „Die Steuerung, die speziell auf das Wasserstrahlschneiden zugeschnitten ist, verbessert Betrieb, Überwachung und Fernwartung. Zudem ermöglicht sie eine genaue Kalibrierung und reduziert den Aufwand bei der Programmierung“, betont Gustaf Kimblad. „Insgesamt erleichtert die Steuerung den Bau der Wasserschneidmaschinen und reduziert deren Komplexität.“
