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Automatisierung Flexible Automatisierung kann nicht von der Stange kommen

| Autor / Redakteur: Walter Frick / Frank Fladerer

Flexible Automatisierung ist in – kaum ein Werkzeugmaschinenhersteller, der nicht zu seinen Maschinen auch die entsprechende Handhabung anbietet. Oft kann der Anwender dabei wählen zwischen Roboter und Palettenwechsler. Einheitliche Lösungen gibt es nicht – zu unterschiedlich sind die Randbedingungen.

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Die Automatisierung von Werkzeugmaschinen mittels Robotern setzt sich immer mehr durch. Für Fanuc Robotics ist die Standardisierung der Peripherie eine der Aufgaben der Zukunft. Bild: Fanuc Robotics
Die Automatisierung von Werkzeugmaschinen mittels Robotern setzt sich immer mehr durch. Für Fanuc Robotics ist die Standardisierung der Peripherie eine der Aufgaben der Zukunft. Bild: Fanuc Robotics
( Archiv: Vogel Business Media )

Eine wesentliche Voraussetzung für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen, so Jürgen Röders, Geschäftsführer der Röders GmbH, Soltau, „ist ein verlässlicher Betrieb, besonders bezüglich der Genauigkeiten am Werkstück“. Hier sind die Anforderungen je nach Anwendung natürlich sehr unterschiedlich.

Aber durch die ständige Weiterentwicklung der Maschinen ist es heute in vielen Applikationen möglich, Werkstücke mannlos, teilweise auch in größerer Stückzahl, prozesssicher in den geforderten Toleranzen herzustellen. Das ist nach Röders Einschätzung die entscheidende Voraussetzung, die eine wirklich kostensenkende Automatisierung erst ermöglicht.

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Es ist auch das wesentliche Kriterium, nach dem ein Fertigungsbetrieb entscheiden kann, inwieweit Automatisierung wirtschaftlich sinnvoll ist: „Nur wenn die Toleranzen ohne jede Kontrolle eingehalten werden, wird eine starke Kostensenkung durch Automation erreicht.“

In der Praxis gibt es leider keine einheitliche Lösung für die Automatisierung. Zahlreiche, oft sehr unterschiedliche Randbedingungen sind zu klären, zum Beispiel Werkstückabmessungen, Werkstückgewichte und Werkstückvielfalt, aber auch Bearbeitungszeiten pro Werkstück, Anzahl der benötigten Werkzeuge und Verschleiß sowie die Anzahl der Schwesterwerkzeuge.

Automatisierung in jedem Betrieb anders

Weiterhin ist zu klären, welche Laufzeiten mannlos erreicht werden sollen und wie groß der Aufwand für das Einrichten und Bestücken der automatisierten Anlage sein darf oder muss. „Wo erfolgt die Programmierung? Ist diese wirklich prozesssicher oder müssen erste Werkstücke eines neuen Typs während oder nach der Bearbeitung geprüft werden? Inwieweit lässt sich eine Qualitätskontrolle, besonders der Maße, in der Maschine oder innerhalb der Automatisierung realisieren?“ – für Jürgen Röders sind diese Fragen nur einige aus einer Vielzahl von Kriterien, die bei der Automatisierung zu beachten sind.

Roboter können zusätzliche Aufgaben übernehmen

Für Markus Schuster, Geschäftsführer der Schuster Präzision GmbH, Denklingen, liegen die Vorteile der Roboterautomatisierung unter anderem darin, dass „Roboter für zusätzliche Aufgaben eingesetzt werden können, zum Beispiel zum Entgraten, Waschen, Bürsten, Wenden, Palettieren oder zum Messen zum Beispiel durch Integration von 3D-Messmaschinen“.

Darüber hinaus bestehe auch die Möglichkeit, mehrere Maschinen über so genannte Jet-Roboter zu verketten, wodurch sich die Kosten der Automatisierung reduzieren.

Automatisierte Palettensysteme machen mannlose Schichten möglich

Demgegenüber seien durch integrierte, intelligente Palettensysteme „höhere Autonomiezeiten möglich und sogar mannlose Schichten einführbar“. Aufgrund der immer weiter sinkenden Losgrößen sei es besonders wichtig, die Rüstzeiten so gering wie möglich zu halten. Hierfür werden Greiferwechselsysteme eingesetzt, sodass sich der Roboter nach dem Anwählen des NC-Programms quasi selbst rüstet und automatisch einen Greiferwechsel durchführt. Über Visionsysteme können auch Teile aus Schüttgutbehältern automatisiert bearbeitet werden.

Flexible Roboterzellen rüsten sich selbst mit neuem Greifer

Ein weiterer Vorteil flexibler Roboterzellen sei, dass sie an unterschiedlichen Maschinen wie Fräs-, Dreh-, Schleif- oder Montagemaschinen arbeiten können. Für Andreas Schuhbauer, bei der Kuka Roboter GmbH in Gersthofen zuständig für Geschäftsentwicklung Werkzeugmaschinen Automatisierung, sind die wichtigsten Trends und Entwicklungen unter anderem: „Flexible Systeme, die unkompliziert auf neue Werkstücke eingerichtet werden können, Kostenoptimierung zum Beispiel durch Verwendung der Safe-Robot-Technologie, die es erlaubt, Einhausungen leichter und billiger auszulegen, oder durch Verlagerung von Nebentätigkeiten an den Roboter wie etwa Entgraten, Beschriften, Reinigen, Sortieren oder Vermessen.“

Große Teilespeicher erlauben komplett automatisierte Schichten

Weiter wichtig seien große Teilespeicher für lange Laufzeiten ohne Bedienereingriff (mannlose dritte Schicht), einfache Bedienung ohne tiefere Programmierkenntnisse (Smart GUI = einfache graphische Benutzeroberfläche) sowie platzsparende Integration des Roboters.

Die Lageerkennung über Bildverarbeitungssysteme erlaubt die ungerichtete Anlieferung an die Maschine oder von der Maschine (Stangenlader-Drehautomat mit Ausbringung über Schütte) an den Roboter. Sehr günstig sei auch die Verkettung mehrerer Maschinen für die sechsseitige Teile-Komplettbearbeitung. Eine Kraftmomentensensorik empfehle sich zur feinfühligen Handhabung, und für die flexible Bearbeitung unterschiedlichster Bauteile seien große Werkstückmagazine vorteilhaft.

Bei Palettensystemen, erläutert Schuhbauer, „müssen die Bauteile von Maschinenbedienern aufgespannt werden“. Dies sei zeitaufwändig und teuer (Kosten für Paletten und Arbeitszeit). Außerdem nehmen die Paletten mehr Platz weg als das „nackte“ Bauteil. Das Palettengewicht kommt beim Handling zu dem Werkstückgewicht dazu, was zu weiteren Verteuerungen führen kann.

Palettenwechselsysteme nicht überall sinnvoll

Ein Palettenwechselsystem, so Schuhbauer, „macht nach unserer Erfahrung nur dort Sinn, wo erstens stark unterschiedliche Teile im ständigen Wechsel bearbeitet werden sollen und die Lösung über eine flexible Aufnahme in der Maschine oder über einen Wechseltisch, der vom Roboter getauscht wird, nicht möglich ist; zweitens der Roboter deutlich weniger ausgelastet ist als ein Maschinenbediener, der den Palettenwechsler bestückt und anderen Aufgaben an anderen Orten nachgeht, wenn er an der Maschine nicht benötigt wird; und drittens, wo das Werkstückgewicht die maximale Traglast des Roboters übersteigt“.

Kuka selbst ist zwar kein Aussteller, erwarte sich jedoch von der Metav einen deutlichen Fingerzeig der Werkzeugmaschinenhersteller, dass die Automatisierung mit Robotern für sie von strategischer Bedeutung ist.

Bei der neuentwickelten Hochgeschwindigkeitsmaschine HSTM 300 von Hamuel kommt ein sechsachsiger Knickarm-Roboter für das Be- und Entladen der Maschine zum Einsatz. Die Maschine eignet sich nach Aussage des Herstellers besonders für die automatische Dreh-Fräsbearbeitung von Blisks und Turbinenschaufeln. Dabei weist die Maschine Messungen des Herstellers zufolge eine Wiederholgenauigkeit von unter 1 µm auf.

Zukunft der Automation liegt in der standardisierten Peripherie

Die Zukunft gehört der standardisierten Peripherie: „Wir sehen die Zukunft in einer Peripherie, die standardisiert ist,“ sagt Gerald Mies, Geschäftsführer von Fanuc Robotics Deutschland GmbH, Neuhausen, „und gleichzeitig für alle in der Praxis vorkommenden Bearbeitungsfälle ausreichend flexibel sein muss – klingt kompliziert, ist aber einfach.“ Denn die Kombination Roboter/Bildverarbeitung, wie Fanuc sie als integriertes Gesamtsystem aus einer Hand anbietet, sei ja standardisiertes Equipment – mit einem Maximum an Flexibilität.

Die Stärke gegenüber Palettenwechselsystemen liege tatsächlich in der Flexibilität: „Wer immer das gleiche Teil in Millionenstückzahlen fertigt, ist weniger auf eine flexible Automatisierung angewiesen.“ Aber wer für die Konstruktion und den Bau einer Vorrichtung länger braucht als die Laufzeit des zu fertigenden Produktes ist, müsse sich überlegen, ob das effizient ist.

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