PC-basierte Steuerungs-Neugestaltung für hochpräzise Schleifmaschinen

Anwendungsbereiche: Universalschleifen, hochpräzise CNC-Bearbeitung, Automation in der Serienfertigung
Branchen: Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Zerspanungswerkzeugherstellung, professioneller Werkzeugbau

Die Adelbert Haas GmbH entwickelt und fertigt hochpräzise Universalschleifmaschinen und kombiniert dabei Maschinenbau mit eigener Softwareentwicklung für die mikrometergenaue Werkstückbearbeitung. Zwei Jahre nach der Markteinführung der Multigrind Radical – einer kompakten, vollautomatisierten Maschine für die Serienfertigung – initiierte das Unternehmen eine grundlegende Überarbeitung der Steuerungssysteme und der Schaltschrankarchitektur.

Das primäre technische Ziel bestand darin, voneinander getrennte Einzelsysteme durch eine offene, hochperformante Automatisierungsplattform zu ersetzen, um Hardware-Komplexität zu reduzieren, Zykluszeiten zu verkürzen und die bestehenden Außenabmessungen der Maschine beizubehalten. Das Entwicklungsteam benötigte eine Steuerungsumgebung, die sich direkt an die übergeordnete Haas-eigene Software anbinden lässt. Diese berechnet die kinematische Interpolation intern und verlangt einen synchronisierten Echtzeit-Datenaustausch. Zur Umsetzung kooperierte das Unternehmen mit Beckhoff Automation und beauftragte den Spezialisten damit, die mechanischen und verfahrenstechnischen Anforderungen in ein einheitliches elektrotechnisches Gesamtkonzept zu überführen.

Hardware-Konsolidierung und Echtzeit-Softwareintegration
Die modernisierte Multigrind Radical setzt standardmäßig auf eine offene Architektur, gesteuert von einem Beckhoff Embedded-PC CX2043 mit TwinCAT 3 CNC-Software. Diese zentrale CPU vereint SPS-, CNC- und HMI-Funktionalität, minimiert diskrete Hardwareschnittstellen und vereinfacht die maschineninterne Verkabelung erheblich.

Das Steuerungssystem kommuniziert über EtherCAT- und TwinSAFE-Klemmen, um die Antriebsachsen der Maschine zu koordinieren. Die Bewegungssteuerung übernimmt das Mehrachs-Servosystem AX8000 zusammen mit dem universellen Rückspeisemodul AX8820. Dieses Antriebspaket steuert sowohl herstellerfremde Linearachsen als auch Beckhoff-Servomotoren vom Typ AM8043 an, welche die Z-Achse sowie den automatischen Werkzeugwechsler bewegen.

Höchste Priorität hatte dabei die Gewährleistung deterministischer Regelkreise zwischen dem CNC-Kern und der übergeordneten Software von Adelbert Haas:

„Die kinematische Interpolation für unsere Schleifmaschinen wird von unserer übergeordneten, proprietären Software berechnet. Daher benötigen wir ein Steuerungssystem, das Werte wie Positionsrückmeldung, Schleppfehler, Strom, Kraft und Drehmoment einfach, präzise und synchron bereitstellt. Genau deshalb haben wir uns für PC-based Control von Beckhoff entschieden.“ — Martin Trittler, Technologieentwickler, Adelbert Haas

Die Multi-Core-Verarbeitung in TwinCAT 3 ermöglicht die parallele Ausführung unabhängiger SPS- und CNC-Tasks und liefert gleichzeitig synchronisierte Betriebsdaten direkt an die übergeordnete Plattform zur Diagnose und Prozessüberwachung.



Mehrachs-Servosystem AX8000 zur Ansteuerung der Linear- und Servoachsen der Multigrind Radical sowie das universelle Rückspeisemodul AX8820.

Platzoptimierte Schaltschrankarchitektur
Aufgrund der fest vorgegebenen Außenabmessungen der Multigrind Radical bot die Maschine keinen Raum für einen externen oder vergrößerten klassischen Schaltschrank. Stattdessen verteilt sich die elektrische Infrastruktur auf drei separate Montageplatten, die bei der Montage direkt in das Maschinengehäuse integriert werden.

Beckhoff passte das elektrische Layout diesen mechanischen Vorgaben an und integrierte die CX2043-Steuerung, EtherCAT-/TwinSAFE-I/O-Klemmen, C2-Netzfilter sowie Netzdrosseln für die AX8525-Einspeisung und Achsmodule direkt in das dezentrale Montagekonzept. Der Bezug von Automatisierungssteuerung und Elektro-Engineering aus einer Hand minimierte Schnittstellenrisiken und sicherte die kompakte Bauform der Maschine.

Die modernisierte Multigrind Radical ging Mitte 2023 in Serie. Sie bietet ein optimiertes Echtzeit-Ansprechverhalten, einen reduzierten Verkabelungsaufwand und eine offene Hardwarebasis für künftige IT-, Diagnose- und Cloud-Anbindungen.

Redaktionell bearbeitet von Romila DSilva, Redakteurin bei Induportals, mit Unterstützung von KI.