Roboter handhabt ein großes Teilespektrum

„Die CNC-Maschine sollte die komplette Produktpalette mit rund 500 verschiedenen Fertigteilen in variablen Losgrößen von fünf bis 200 Einheiten fertigen können", beschreibt Marius Bleahu, Betriebs- und Produktionsleiter, die hohen Anforderungen. Diese große Bandbreite erforderte eine entsprechend flexible Lösung für die Be- und Entladung. „Insbesondere das Greifen der Teile bereitete Probleme, da es sich um Rotationskörper oder Guss- beziehungsweise Schmiedeteile aus unterschiedlichen Werkstoffen wie Stahl, Messing, Aluminium und GGG handelt."

Dieses Teilespektrum mit einer einzigen Anlage abzudecken, war mit keiner konventionellen Lösung möglich. Mögliche Alternativen, wie in die Werkzeugmaschine integrierte Greifer, wurden auf Grund des schlechten Kosten/Nutzen-Verhältnisses verworfen. „Wichtig waren uns auch ein autarker Betrieb über einen möglichst langen Zeitraum, etwa über eine komplette Nachtschicht, sowie kurze Rüstzeiten und ein möglichst geringer Platzbedarf", skizziert Bleahu die weiteren Punkte im Lastenheft.

Mit allen Modulen (Roboter, Steuerung, Palettenspeicher für Roh- und Fertigteile, Wendestation) benötigt die Handlingzelle daher heute weniger als 30 m2 Produktionsfläche. Im Mittelpunkt der Zelle steht ein Schwerlastroboter der KR 360-Reihe von Kuka und ein individuell entwickelter, 160 kg schwerer Doppelgreifer, der jeweils ein Roh- und ein Fertigteil gleichzeitig greifen kann.

Das Greifersystem ist so konzipiert, dass sowohl kleine Rohteile (Durchmesser 40 mm, Gewicht 200 Gramm) als auch 600 mm lange Teile mit bis zu 300 mm Durchmesser und 110 kg Gewicht aufgenommen werden können. Entsprechend Teilegewicht, -material und -größe muss nur das Greiferpaar ausgetauscht werden – das dauert kaum 15 Minuten.

Der pneumatisch gesteuerte Greifdruck von max. 6 bar wird ebenfalls an die Teile angepasst. So ist gewährleistet, dass unabhängig von der Teilegeometrie die Werkstücke sicher gehalten werden, ohne sie unnötig hohen Kräften auszusetzen. Zudem wurde ein Auffahrschutz in das Greifersystem integriert.

Nach dem Beladen der Roboterzelle mit den Roh- und Fertigteil-Paletten arbeitet das System aus CNC-Drehzentrum und Handlingzelle mannlos, das Bedienpersonal setzt nur das Greiferpaar ein und startet das passende Teileprogramm. Idealerweise werden in der Produktionsplanung Teile mit vergleichbaren Abmessungen zusammengefasst, um Werkzeug- oder Greiferwechsel zu vermeiden. Über die Auftragssteuerung werden die relevanten Rohteildaten sowie die Palettenmuster an die Robotersteuerung übermittelt. So ist eine spezielle Bauteil-Erkennung – beispielsweise über ein Machine-Vision-System – nicht erforderlich.

Die Rohteile werden vom Roboter von der Palette genommen, in das Futter der Hauptspindel eingesetzt und nach der einseitigen Bearbeitung gewendet. Während des weiteren Zerspanungsprozesses holt der Roboter bereits ein weiteres Rohteil. Nach Beendigung der Bearbeitung wird mit dem zweiten, leeren Greifer das Fertigteil aus der Gegenspindel, dem Revolver oder der oberen Dreh- und Frässpindel entnommen und der neue Rohling sofort wieder in die Hauptspindel eingesetzt; der Zerspanungsprozess kann dann wieder beginnen, während der Roboter das Fertigteil auf der Palette ablegt.

Aufgrund des Doppelgreifers und der kurzen Wege zwischen Handlingroboter und Werkzeugmaschinen werden sehr kurze Zykluszeiten erreicht. Um einen mannlosen Betrieb während der Fertigung eines Loses zu ermöglichen, kann der Handlingroboter auch das Umstapeln der Rohteil- und Fertigteilpaletten übernehmen.

„Da die Roboterzelle sogar die Paletten handhabt, können unsere Anlagen je nach Bauteilgeometrie und Taktzeit bis zu 13 Stunden ohne Personalbedarf laufen", berichtet Bleahu stolz. „Wir haben weltweit mittlerweile fünf Anlagen in Betrieb, die alle störungsfrei arbeiten. Die integrierte Fernwartung ermöglicht eine bequeme Online-Unterstützung der Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten direkt aus Ginsheim Gustavsburg."

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