Kollaborative Robotik So beschicken Roboterarm mit Greifer souverän CNC-Maschinen

Von Daniel Rubarth* |

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Um kurze Lieferzeiten, kleine Losgrößen und Schweizer Qualitätsarbeit bieten zu können, investiert Wefag nicht nur in neue CNC-Maschinen. Für deren Beschickung sorgt zusätzlich eine kollaborative Applikation mit einem Greifer von Onrobot.

In der Produktionshalle der Wefag AG im schweizerischen Fällanden unterstützt eine kollaborative Applikation von Onrobot bei der Fertigung: Sie bestückt eine CNC-Maschine mit Werkstück-Rohlingen.
In der Produktionshalle der Wefag AG im schweizerischen Fällanden unterstützt eine kollaborative Applikation von Onrobot bei der Fertigung: Sie bestückt eine CNC-Maschine mit Werkstück-Rohlingen.
(Bild: Wefag)

Von der Eisenbahntechnik über Werkzeugmaschinen bis hin zu Landwirtschaftsmaschinen und anderen Nutzfahrzeugen: Der Fluid-Techniksektor bietet ein breites Spektrum an Einsatzszenarien, sowohl für hydraulische als auch für pneumatische Anwendungen. Hergestellt werden die dazugehörigen Bauteile und Komponenten in CNC (Computerized Numerical Control)-Maschinen, mit denen sich diverse Werkstoffe wie Aluminium, Edelstahl, Messing, Kupfer, Buntmetalle oder auch Kunststoffe bearbeiten lassen.

Dabei handelt es sich um Werkzeugmaschinen, die durch den Einsatz von Steuerungstechnik in der Lage sind, Werkstücke mit hoher Präzision auch für komplexe Formen automatisiert herzustellen.

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Seit seiner Gründung durch Herbert Hediger vor 35 Jahren, widmet sich die Wefag AG der Herstellung von Werkstücken für die Fluidtechnik. Die Stärke des auf CNC-Bedürfnisse spezialisierten Schweizer KMU liegt in seiner hohen Flexibilität, der jahrzehntelangen Erfahrung und höchsten Qualitätsstandards.

Herausforderung: Verkürzte Lieferzeiten und verkleinerte Losgrößen

Den Anstoß zu notwendigen Anpassungen gaben für Wefag vor allem Veränderungen in den Kundenansprüchen. „Wir stellen zunehmend fest, dass sich Lieferzeiten extrem verkürzen und die Losgrößen kleiner werden“, erläutert Damian Hediger, Geschäftsführer bei Wefag. „Außerdem muss Prozesssicherheit gewährleistet sein – und das bei allen Bauteilen.“

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit CNC-Maschinen kommt es sowohl auf absolute Positioniergenauigkeit als auch auf Wiederholgenauigkeit an.

Für das Familienunternehmen stehen daher Präzision und höchster Qualitätsanspruch im Fokus seiner Arbeit.

So bietet es seinen Kunden ein breites Leistungsspektrum an CNC-Bearbeitung und kennt dabei kaum Grenzen hinsichtlich der Werkstoffe und ihrer Kombinationen.

In den CNC-Maschinen durchlaufen die Bauteile verschiedene Bearbeitungsschritte. Dazu gehören unter anderem Drehen, Fräsen, Bohren, Trowalisieren, Montieren, Veredeln sowie die Endbearbeitung der Werkstücke.

Prozessschritte automatisieren

Für Wefag bedeutete das bislang, dass ein Mitarbeiter tagesfüllend damit beschäftigt war, Werkstücke in eine Maschine einzulegen und wieder herauszunehmen. Das Unternehmen suchte also nach einer Möglichkeit, die Produktionsprozesse so zu gestalten, dass sie effizient ablaufen – ohne dabei die Ressourcen der Mitarbeiter zu blockieren. Nach längeren Überlegungen entschied man sich schließlich dafür, zu automatisieren.

Durch den Einsatz moderner Technologien laufen so heute bereits eine Vielzahl von Prozessschritten automatisiert ab: Das Be- und Entladen etwa musste früher von einem Mitarbeiter den ganzen Tag überwacht werden.

Heute wird ein Teil der Produktion mithilfe einer kollaborativen Applikation, bestehend aus einem Doosan-Roboter mit einem Greifer von Onrobot automatisiert.

Dank seiner flexibel montierbaren Finger ermöglicht der Greifer die präzise Handhabung von Objekten unterschiedlicher Form und Größe.

Automatisierung mit kollaborativen Robotern

Beengte Platzverhältnisse zwischen den CNC-Maschinen in der Produktionshalle führten direkt zur nächsten Herausforderung: Der Prozess musste möglichst platzsparend automatisiert werden. Dabei kam auch das Thema Robotik auf die Agenda. Außerdem musste die Lösung präzise genug arbeiten, um eine Vielfalt an Bauteilen passgenau in die Maschine einzusetzen und wieder herauszunehmen, ohne sie dabei zu beschädigen.

Da die Umsetzung des Automatisierungsvorhabens allein nicht realisierbar war, wandte sich Wefag an die Cobot Solutions AG. Das Schweizer Unternehmen hat sich auf umfassende Lösungen rund um die Automatisierung mit kollaborativen Robotern spezialisiert. Es sowohl als Integrator tätig, als auch als Distributor für die Produkte von Doosan Robotics, Onrobot und weiterer Hersteller aus dem Bereich der kollaborativen Robotik.

Flexibler Greifer zum Be- und Entladen der Maschine benötigt

„Wefag kam mit der Bitte auf uns zu, eine Lösung zu entwickeln, mit der sich eine CNC-Maschine automatisiert beschicken lässt“, erklärt Beni Zimmermann, Geschäftsführer bei Cobot Solutions. „Daraufhin haben wir uns verschiedene Greifer angeschaut, getestet und validiert. Die besondere Herausforderung lag in der Vielfalt der Werkstücke, was enorme Anforderungen an den Greifbereich und die Flexibilität des Greifers stellte.“

Das Besondere an dem elektrischen Drei-Finger-Greifer: Er ist genau und flexibel.

Beide Unternehmen entschieden sich für eine Applikation, bei der ein 3FG15 Greifer von Onrobot auf einen kollaborierenden Roboterarm von Doosan montiert ist. Das Besondere an dem elektrischen Drei-Finger-Greifer: Er zeichnet sich durch seine hohe Genauigkeit und seinen flexiblen Greifbereich aus. Zudem ermöglicht er die präzise Handhabung von Objekten unterschiedlicher Form und Größe. Seine Finger lassen sich in drei verschiedenen Positionen montieren. So erreicht man unterschiedliche Greifkräfte und Durchmesser. Durch die rotationssymmetrische Bewegung positioniert er Objekte sehr präzise. Außerdem hat er die IP67-Zertifizierung. Diese definiert zum einen, dass das Gerät staubdicht ist und zum anderen, dass es gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt ist. Ideal für die CNC-Maschinenbedienung.

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Für uns war wichtig, dass die Anwendung einfach zu bedienen ist und die Umrüstzeiten gering sind.

Nathanael Hediger, Geschäftsführer, Wefag

„Cobot Solutions hat die Applikation von Grund auf für uns entwickelt. Für uns war wichtig, dass die Anwendung einfach zu bedienen ist und die Umrüstzeiten gering sind“, merkt Nathanael Hediger, Geschäftsführer bei Wefag, an. „Das Bauteil selbst ist aufgrund seines Designs schwer zu greifen, weswegen nicht jeder Greifer in Frage kam. Letztendlich hat nur der Onrobot Greifer die Anforderungen erfüllt.“

Einfach und intuitiv bedienen

Bevor die Applikation in Betrieb genommen wurde, führten die beiden Unternehmen Probeläufe durch. „Onrobot hat uns den Greifer für Testzwecke zur Verfügung gestellt. Dies ermöglichte es uns, das Konzept vorher zu testen und zu validieren“, beschreibt Jérôme Perdrizat, Entwicklungsingenieur bei Cobot Solutions, den Entscheidungsprozess. „Die Firmware stellt unterschiedliche Schnittstellen nach außen zur Verfügung. Wir verwenden hier eine serielle Kommunikationsschnittstelle. Diese ermöglicht es uns, den Greifer flexibel einzusetzen. Da dieser nun nicht mehr manuell eingestellt werden muss, kann auch ein Anwender ohne Vorkenntnisse die Roboterzelle einrichten.“

Um die Applikation noch intuitiver zu gestalten, hat Cobot Solutions zudem eine Software entwickelt, über deren Eingabemasken sich ein neuer Auftrag in wenigen Minuten konfigurieren und automatisieren lässt. Dadurch bietet die Entwicklung einen echten Mehrwert für den Einsatz der Roboterzelle – auch für kleine Losgrößen.

Applikation entlastet Mitarbeiter

Ist die Applikation in Betrieb, kann sie Tag und Nacht laufen, um die Maschinen bestmöglich auszulasten. So können mehr Werkstücke in kürzerer Zeit verarbeitet werden. Dazu muss ein Mitarbeiter lediglich die Schubladen eines Easy-Robotics-Pro Feeders mit den Werkstück-Rohlingen bestücken und alle notwendigen Parameter in die Eingabemaske der Software eingeben. Die Applikation ist im Anschluss selbstständig in der Lage, die Schubladen des Pro Feeders zu öffnen, das Rohmaterial herauszunehmen und passgenau in die CNC-Maschine einzulegen.

Nach der Bearbeitung des Werkstücks entlädt der Cobot-Arm das fertige Bauteil mit Hilfe des Greifers aus der Maschine und legt es wieder an eine freie Stelle in die Schublade. „Dank der Automatisierung können wir wesentlich effizienter arbeiten und unsere Mitarbeiter entlasten. Wir rechnen damit, dass sich die Anschaffung innerhalb von wenigen Monaten amortisiert haben wird“, fügt Damian Hediger an.

Automatisierung ausweiten

Mit dem Einsatz der kollaborativen Applikation bestehend aus dem Doosan-Roboterarm und dem 3FG15 Greifer von Onrobot zeigt Wefag, dass Automatisierung auch für kleinere und mittlere Familienunternehmen eine Möglichkeit bietet, ihre Produktionsprozesse effizienter zu gestalten.

Auch wenn Wefag seine Automatisierungslösung erst kürzlich in Betrieb genommen hat, richtet das Unternehmen seinen Blick bereits in die Zukunft. Der CNC-Experte denkt derzeit darüber nach, mit dem 2FG7 einen weiteren Onrobot-Greifer einzusetzen und über eine entsprechende Applikation in die Produktionsprozesse zu integrieren.  (in)

* Daniel Rubarth, Business Development Manager – DACH, On Robot

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