Optimierung des Energieverbrauchs an CNC-Drehmaschinen

Intelligente Energiemanagementsysteme in CNC-Drehmaschinen

Moderne Werkzeugmaschinen, die mit fortschrittlichen Antriebssystemen, Energiemanagementsystemen und anderen energieeffizienten Lösungen ausgestattet sind, können den Stromverbrauch im Vergleich zu älteren Modellen deutlich reduzieren. Im Laufe der Jahre hat sich die Technik der eingesetzten Antriebe diametral verändert. Die in der Hauptspindel gespeicherte kinetische Energie wird beim Bremsen der Werkstückmasse nicht mehr in Wärme (im Widerstand) umgewandelt, sondern zurück ins Stromnetz übertragen. Bei mehreren Beschleunigungs- und Bremszyklen hat dies einen erheblichen Einfluss auf die Energieeffizienz der Drehmaschine.

Beispiel Stromversorgung für CNC-Maschinensteuerung. Quelle: Siemens

Die von FAT HACO implementierten SINAMICS Antriebsfamilie zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• ECO-Modus wird der Motorbetriebspunkt im Teillastbereich automatisch eingestellt und optimiert. Dies reduziert Motorverluste, beispielsweise bei Maschinen, die kein hohes Drehmoment über den gesamten Arbeitsbereich benötigen.
• Bypass-Modus kann der Wechselrichter bei laufendem Motor elektrisch überbrückt werden, oft im Bereich der Nenndrehzahl. Das hilft, Verluste am Wechselrichter zu vermeiden.
• Passive Leistungskompensation. Durch den Einsatz von SINAMICS-Wechselrichtern mit Active Line-Modulen wird die kapazitive und/oder induktive passive Leistung in der Maschine reduziert. Dadurch werden teure passive Leistungskompensationssysteme eingespart.
• Kinetische Energiepufferung. Bei der dynamischen Umwandlung in Ein und Mehrachssystemen wird die im System enthaltene kinetische Energie wiederverwendet.  Ein Motor, der mit einem gemeinsamen Zwischenkreis verbunden ist, dient dazu, die kinetische Energie zu puffern.
• Strompufferung. Bei der dynamischen Umkehrung in Ein und Mehrachssystemen wird die im System enthaltene kinetische Energie wiederverwendet.  Für die Strompufferung wird ein an einen gemeinsamen Zwischenkreis angeschlossenes Kondensatormodul verwendet.
• Optimierte Pulsmuster. SINAMICS S eignet sich ideal für SIMOTICS-Motoren und SIMOGEAR-Motoren, da Frequenz- und Pulsmuster optimiert werden. Vorteile: Systemleistung optimieren, Systemverluste reduzieren, Temperatur und Rauschen reduzieren.
• Energierückkopplung. Bei herkömmlichen Antriebssystemen wird Bremsenergie über Bremswiderstände in Wärme umgewandelt. Die Wechselrichter SINAMICS G und SINAMICS S benötigen keine Bremswiderstände und übertragen Bremsenergie zurück ins Stromnetz.
• Während der Arbeit können Sie mit dem Energiesparmessgerät Ihren Energieverbrauch analysieren. Die während der Arbeitszeit eingesparte Energie wird mit der Anwendung bei konstanter Drehzahl verglichen.

Auswahl der richtigen CNC-Drehmaschine

Um eine weniger energieintensive Einheit zu gewährleisten, ist es auch wichtig, die richtigen Maschinen, Komponenten und Werkzeuge für die Art der Bearbeitung auszuwählen, mit der wir es in unserem Werk zu tun haben.Bei der Planung der Bearbeitung von schweren, langen Teilen lohnt sich eine Investition in eine Vier- Führungen-Drehmaschine - TUR 4MN. Ihre Unterstützung mit Support, der an den beiden Vorderführungen montiert ist, ermöglicht es Ihnen, ohne Kollision Lünetten und Reitstock der Maschine zu umgehen. Die Maschine kann auch mit einem Werkzeugmagazin und einem automatischen Wechsler ausgestattet werden, was die Produktionsorganisation sicherlich beschleunigen wird. Es ist jedoch zu beachten, dass, wenn die Werkzeuge im Magazin nicht für einen bestimmten Produktionsauftrag sortiert wurden, die Werkzeugwechselzeit sehr lang ist und dies zu einem vermeidbaren Energieverbrauch führt.

Das automatisierte Werkzeugmagazin und der Revolverkopf ermöglichen verschiedene Bearbeitungsvorgänge. So können Dreh-, Fräs- oder Bohrarbeiten auf einer Maschine mit einer Werkstückaufspannung durchgeführt werden.

Die Drehmaschinen TUR 4MN, die für die Bearbeitung (Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen) von sehr großen Teilen ausgelegt sind, können erhebliche Mengen an Spänen erzeugen. Unsere Lösung mit Doppelspäneförderer, der im Pulsationsmodus statt im kontinuierlichen Modus gesteuert wird, sorgt dafür, dass die Maschine auch bei langen Dreh- oder Fräsvorgängen in einem besseren Zustand ist. Der Drehmaschinenbediener kann sich auf die Bearbeitung konzentrieren, ohne den Maschinenbetrieb zu unterbrechen. Der zweite Förderer ermöglicht es, Restmaterial effektiv aus dem Arbeitsbereich zu entfernen, und die programmierten Stopps des Chipförderers ermöglichen es, die Kühlung von den Spänen abzuführen.

Ein Beispiel für eine CNC-Drehmaschine mit 4-Führungs bett und vollständiger Abdeckung und zwei Späneförderern.

Wenn Sie eine Maschine benötigen, die für komplexe Arbeiten in mehreren Achsen geeignet ist, die nicht durch den Stützschlitten begrenzt ist, lohnt sich die Wahl einer Drehmaschine mit Schräglage aus der FCT oder FCTS-Serie.  Aus Sicht des Stromverbrauchs sollten CNC-Maschinen mit möglichst kurzen Ausfallzeiten eingesetzt werden. Die Lösung in Form von zwei unabhängigen Schlitten ermöglicht eine externe und interne Bearbeitung ohne Ausfallzeiten in der Produktion.

Die Schrägbettdrehmaschine der FCT-Serie kann auf einem Support mit Revolver und auf einem zweiten Support mit Bohrstangenhalter ausgestattet werden. Die Flexibilität und Bewegungsfreiheit zweier unabhängiger Schlitten ermöglichen die Bearbeitung eines Werkstücks auf einer Maschine mit einer Aufspannung.

Folgende Lösungen, die in FAT HACO Maschinen zum Einsatz kommen, wirken sich auch auf den Energieverbrauch der Werkzeugmaschinen aus:

• LED-Arbeitsflächenbeleuchtung statt Halogen
• Hilfsmotoren haben die Effizienzklasse IE3 (Späneförderer, Kühlpumpe)
• 24VDC elektronische Impuls-Stromversorgung statt Transformator-Gleichrichter-System
• Automatischer Bildschirmlöscher im Bedienfeld
• Kühlpumpe kann optional über Inverter gesteuert werden
• Intermittierender Hauptmotor Lüftersteuerung

Wartung und Service von CNC-Drehmaschinen

Regelmäßige Wartung und laufende Diagnose des technischen Zustands von CNC-Maschinen haben einen direkten Einfluss auf deren Energieeffizienz.Saubere und ordnungsgemäß geschmierte Antriebsbolzen und Zahnräder garantieren einen optimalen Stromverbrauch und reduzieren die Reibung.

Optional kann die Werkzeugmaschine mit einem System zur Überwachung der grundlegenden Parameter des Stromversorgungsnetzes ausgestattet werden, und der Stromzähler, der an das Ethernet-Netzwerk angeschlossen ist, bietet die Möglichkeit der Ferndiagnose und der Anzeige der Geschichte des Stromverbrauchs.Wenn Sie in der Datenbank Informationen über die Werkzeugmaschine aus den vergangenen Monaten und sogar Jahren haben, können Sie Reparaturen planen, den Wirkungsgrad berechnen oder den Energieverbrauch der Maschine in ausgewählten Zeiträumen analysieren.

Die Entwicklung innovativer Technologien in FAT-Drehmaschinen schafft neue Möglichkeiten zur weiteren Optimierung des Energieverbrauchs in der CNC-Bearbeitung. Maßnahmen wie die Anpassung der Schnittparameter, die Überwachung und Analyse des Energieverbrauchs und die ordnungsgemäße Wartung der Ausrüstung können die Produktionskosten senken und neue Perspektiven für ein nachhaltigeres, wirtschaftlicheres Betriebsmodell eröffnen.