„Extrem flexibel“, „hochproduktiv“, solche oder ähnliche Attribute sind im Zusammenhang mit Automationslösungen stets verdächtig, haben aber angesichts der jüngsten Entwicklung, für deren technische Realisierung Fastems verantwortlich zeichnet, durchaus ihre Rechtfertigung. Neugierig geworden? Dann der Reihe nach.

Ein zerspanender Betrieb suchte eine Automationslösung für die mannlose, hochflexible und darüber hinaus komplexe Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlichster Größe ohne Rüstzeiten über einen Zeitraum von bis zu 72 Stunden. Das Unternehmen stellt qualitativ hochwertige, komplizierte und maßgenaue Bauelemente sowie komplexe Teile in Einzel- und Kleinserien her.

Die Lösung: Eine Roboterzelle. Genauer: Ein DMG Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum im perfekten Zusammenspiel mit einem FANUC Industrie-Roboter, ausgestattet mit einem Servogreifer, der weitaus mehr kann, als das flexible Handling einer großen Teilevielfalt. Doch hierzu später.

Hochpräziser Greifer und platzsparender Teilespeicher

Die Hauptkomponenten der Automationslösung sind aus Entwicklersicht der besagte Servogreifer, der durch hohe Präzision überzeugt und große Hübe bis 450 mm mit einer stufenlosen Greifkraft bis 5.000 N bewältig, ein Turmspeicher von Modula für unterschiedlich dimensionierte Rohteile und den Umlaufbestand der Halbfertigteile sowie Fertigteile, eine Schraubstockstation zum Laden der Werkstücke in Schraubstöcke als Spannvorrichtungen, der Roboter, dessen sechs Achsen um zwei zusätzliche Achsen (für den Servogreifer und die Schraubstockstation) ergänzt wurden sowie die intuitive Robotersteuerung Fastwizard von Fastems.

Große Bandbreite unterschiedlicher Werkstücke in variabler Stückzahl

Die Potenziale der Lösung im Hinblick auf die komplexe Bearbeitung einer großen Teilevielfalt in variabler Stückzahl werden deutlich, wenn man sich einmal einen typischen Fertigungsprozess der Roboterzelle unter Berücksichtigung der genannten Komponenten anschaut. Die Dimensionen der zu bearbeitenden Werkstücke bewegen sich hierbei von 40 bis 250 mm (Breite), 40 bis 280 mm (Länge) und 10 bis 80 mm (Höhe) bei einem maximalen Rohteilgewicht von 32 kg.

Robotersteuerung überwacht „Auftragseingang“

Die Robotersteuerung fragt zyklisch einen kundenseitigen Netzwerkordner ab, in dem die Aufträge in Form von NC-Programmen hinterlegt sind. Sobald ein neues NC-Programm im Netzwerkordner abgelegt wird, ruft Fastwizard dieses Programm ab und generiert hieraus einen Fertigungsauftrag. Über die Headerdatei des jeweiligen NC-Programmes erhält die Steuerung u. a. auch die Werkstückdimensionen. Aus der Teileverwaltung bezieht Fastwizard zudem die Informationen, an welcher Position sich das zu bearbeitende Rohteil im Turmspeicher befindet.

Zu Beginn eines Fertigungsprozesses entnimmt der Roboter zunächst einen Schraubstock aus der Speicherwand und transportiert diesen zur Schraubstockstation. Vor dem Bestücken des Schraubstocks mit einem Rohteil werden die Spannbacken mit einer Luftdüse abgeblasen.

Volle Kontrolle über Kraft und Hub

Der Roboter greift ein Rohteil aus dem Turmspeicher und legt es an der Schraubstockstation in die Spannvorrichtung (Schraubstock), die mit der Servo-Schraubeinheit der Station geschlossen wird. Die Länge des zu bearbeitenden Rohteils für den benötigten Hub wird hierbei über den Servogreifer des Roboters und die Schraubstockstation geprüft, die auch die Kraft regeln, die zum Spannen und Greifen des jeweiligen Werkstücks notwendig ist.

Die Überprüfung der Werkstückbreite erfolgt über den Schraubstock, während mit einer Laser-Lichtschranke an der Schraubstockstation die Werkstückhöhe kontrolliert wird.

Integrierte Wendestation für noch mehr Flexibilität

Nach dem Spannen des Werkstückes lädt der Roboter den Schraubstock in die Werkzeugmaschine. Die Bearbeitung beginnt, sobald das NC-Programm von Fastwizard an die Maschinensteuerung übertragen wurde.

Nach der Bearbeitung entnimmt der Roboter den Schraubstock aus der Maschine zum Entladen an der Schraubstockstation.

Danach wird das Fertig- oder Halbfertigteil in den Turmspeicher in einer vordefinierten Position im Speicher abgelegt. Schließt sich eine weitere Bearbeitung des Werkstückes an, wird das Werkstück vom Turmspeicher zu einer Wendestation transportiert. Nach dem Wenden erfolgt die erneute Aufnahme in einen Schraubstock zur Bearbeitung der sechsten Seite.

Höhere Produktivität durch zweites BAZ

Mit dieser Automationslösung wird das eingangs erwähnte Unternehmen die komplexe Fertigung (bis zur Sechs-Seiten-Bearbeitung) einer großen Teilevielfalt in variablen Losen realisieren können – und das bis zu 72 Stunden unbemannt, z. B. an den Wochenenden. Mehr noch: Da die Roboterzelle mit zwei BAZ ausgestattet werden soll, lassen sich zukünftig außerdem zwei unterschiedliche Fertigungsaufträge parallel abarbeiten.

Dank des intelligenten Handlings über einen Servogreifer, der nicht nur die Handhabung von Werkstücken, sondern auch der Spannvorrichtungen übernimmt, und hierbei auch noch die Länge des Werkstücks für den Hub kontrolliert, lässt sich eine extrem flexible, hochproduktive und damit äußerst wirtschaftliche Fertigung in die Tat umsetzen.