NUM unterstützt taiwanesischen Werkzeugmaschinenhersteller bei der Automatisierung der Produktion von Evolventen- und Zykloidengetrieben für die Robotik

Die neuen Maschinen von Chien Wei basieren auf dem neuesten CNC-System Flexium⁺ 68 von NUM und sind so konzipiert, dass sie die Produktion von Evolventen- und Zykloiden-Präzisionsgetrieben optimieren. Sie gelten als die ersten Verzahnungsschleifmaschinen auf dem Markt, die in der Lage sind, beide Arten von Verzahnungsprofilen zu bearbeiten. Es gibt zwei Versionen der Schleifmaschine, eine für Innenverzahnungen, die andere für Außenverzahnungen.

Die 1981 gegründete Chien Wei Precise Technology Co. Ltd. hat ihren Sitz im Fengshan District im Süden Kaohsiungs, Taiwan. Das Unternehmen spezialisierte sich zunächst auf Präzisionswerkzeugmaschinen wie Vertikalschleifmaschinen, Koordinatenschleifmaschinen und Bearbeitungszentren sowie Koordinatenmessgeräte (KMGs). Im Laufe der Zeit diversifizierte sie sich auch in Roboter-Automatisierungssysteme.

Robotersysteme verwenden typischerweise entweder Planetengetriebe, die mit Evolventengetrieben ausgestattet sind, oder Zykloidenantriebe, die auf einer Kombination aus einem reduzierten epitrochoiden Rotor und einem Zykloidenstator basieren. Planetengetriebe sind schon seit langem im Einsatz und sehr verbreitet. Zykloidenantriebe haben deutlich weniger bewegliche Teile und bieten eine effizientere Möglichkeit, extrem hohe Untersetzungsraten zu erreichen. Ein Untersetzungsgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 200:1 benötigt typischerweise eine Kaskadierung von drei Planetengetrieben mit zwölf beweglichen Evolventenrädern. Das gleiche Untersetzungsverhältnis könnte mit einem Zykloidantrieb mit einem Stator und einem Rotor erreicht werden. Allerdings sind Zykloidgetriebe bekanntlich schwierig und teuer in der Herstellung.

Im Jahr 2015 entschied sich Chien Wei, die Zahnradfertigung im eigenen Haus einzuführen und eine eigene Zahnradschleifmaschine zu entwickeln. Durch die Herstellung eigener Getriebe konnte das Unternehmen die Qualität kontrollieren, die Durchlaufzeiten verkürzen und Kosten senken. Es gibt der Firma auch die Möglichkeit Getriebe an Maschinenbauer zu verkaufen – und möglicherweise die Maschinen selbst an Getriebehersteller.

Chien Wei basierte seine Verzahnungsschleifmaschine zunächst auf einem CNC-System der Fanuc-Serie 0i-MF, welchesauch für andere Werkzeugmaschinen eingesetzt wird, zusammen mit der CAD/CAM-Software Mastercam und dem eigenen KMG. Aber es zeigte sich bald, dass die Profilkomplexität der Zykloidgetriebe dazu führte, dass die KMG-Daten für die Steuerung des Fertigungsprozesses unzureichend waren. Ein weiterer großer Nachteil war, dass Kunden, welche die Maschinen kaufen wollten, auch in ein teures CAD/CAM-System und zusätzliches Personal investieren mussten.

Chien Wei-Präsident Lee: "Wir haben schnell entschieden, dass wir ein CNC-System benötigen, welches das Verzahnungsschleifen von Anfang an vollständig unterstützt, so dass unsere Kunden einfach die Parameter des gewünschten Zahnrads eingeben können und die CNC dann alle Aspekte der Abricht- und Schleifprozesse der Maschine in Echtzeit steuert. NUM war eine naheliegende Wahl, verfügen sie doch über eine ausgewiesene Kompetenz im Bereich des CNC-Verzahnungsschleifens. Das Unternehmen war auch bereit, an der gemeinsamen Entwicklung des CNC-Systems mitzuwirken, was unter anderem auch ein anwendungsspezifisches HMI (Human-Machine-Interface) und verschiedene dedizierte Steuerungsfunktionen beinhaltet."

Die neue Generation der Chien Wei Zahnradschleifmaschinen in Verbindung mit der neuen Profilschleiftechnologie von NUM bietet nun die Möglichkeit und Flexibilität, sowohl Zykloiden- als auch Evolventenräder auf derselben Maschine herzustellen.

Adrian Kiener, CSO Asia und Managing Director von NUM Taiwan, weist darauf hin, dass diese Anwendung die Bedeutung der dezentralen Supportstrategie von NUM unterstreicht. "Durch den direkten Zugang zu den CNC-Experten und den umfangreichen Entwicklungsmöglichkeiten, die wir hier in Taiwan, aber auch in vielen anderen Ländern der Welt, haben sind wir in der Lage, unseren Kunden Dienstleistungen mit sehr kurzen Reaktionszeiten anbieten. Dies hilft ihnen ihre Time-to-Market deutlich zu verkürzen. In Kombination mit dem Wissen und der Erfahrung unserer Getriebe-Produktgruppe in der Schweiz rundet dies das Komplettpaket, welches NUM anbietet, ab. Es umfasst die Benutzeroberfläche, Technologie und Berechnungen sowie alle NC-Zyklen."

Die Innenzahnradschleifmaschine von Chien Wei ist eine 9-achsige Maschine. Der Werkstücktisch ist auf einer Linearachse montiert, die sich axial zur Schleifscheibe bewegt, die (aufgrund von Platzmangel im Getriebe) riemengetrieben und auf einer von einem Linearmotor angetriebenen Vertikalachse montiert ist. Die rotierende Schleifscheibe wird von der Linearachse auf und ab bewegt, während der Werkstücktisch kontinuierlich zustellt. Beide Flanken des Getriebes werden gleichzeitig geschliffen. Die Maschine übernimmt auch das Abrichten. Während des Abrichtzyklus wird der gesamte Werkzeugkopf horizontal nach rechts bewegt, und eine symmetrische Abrichtscheibe bewegt sich entlang der Außenform der Schleifscheibe in drei Abschnitten, rechte/linke Flanke und Spitze. Es können sowohl Zykloide- als auch Evolventenformen bearbeitet werden.

Die Außenzahnradschleifmaschine ist eine 8-achsige Maschine. Sie ähnelt in ihrer Funktionsweise weitgehend der Innenzahnradschleifmaschine und verfügt über eine direkt angetriebene Schleifscheibe. Wie die Innenzahnradschleifmaschine übernimmt sie auch das Abrichten. In diesem Fall sind jedoch für die Form der Zahnlücke nur Epitrochoide oder Evolventen notwendig.

Eine manuelle Korrektur der Zahnformen ist auf beiden Maschinen möglich.

Beide Maschinen werden von NUM Flexium⁺ 68 CNC-Systemen gesteuert, die mit Touch-Bedienpanels FS153i ausgestattet sind. Das anwendungsspezifische HMI, welches von NUM Taiwan und Chien Wei gemeinsam entwickelt wurde, steuert sowohl die Schleif- als auch die Abrichtzyklen und ermöglicht es dem Anwender, das gewünschte Zahnradprofil einfach durch Eingabe der entsprechenden Parameter vollständig festzulegen. Grafische DXF-Dateien (Drawing Interchange Format) können aus CAD-Systemen importiert und in CAD-Systeme exportiert werden. Im Weiteren verfügt das System über eine umfassende Datenbank für Schleifscheiben und Werkstücke. Die NC-Programme werden vollautomatisch und ohne Bedienereingriff erstellt.

Johnny Wu, Vertriebsleiter der NUM Taiwan, betont: "Die offenen CNC-Systeme kombiniert mit der Bereitschaft von NUM, mit Maschinenbauern bei der Entwicklung anwendungsspezifischer Lösungen zusammenzuarbeiten, ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für die Wahl eines CNC-Lieferanten".