Wirtschaftliche und flexible Roboter-Lösungen für die Werkzeugmaschinen-Industrie Automatisierte Fertigung

Redakteur: Silvano Böni

Bei der automatisierten Beschickung von Werkzeugmaschinen ist die Auswahl des geeigneten Roboteraufbaus, des Manipulators, ein wichtiger Baustein im Planungsprozess. Doch spielt nicht nur die Hardware, sondern auch die passende Softwarestruktur eine wesentliche Rolle bei der Planung des Ansteuerkonzepts.

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Automatische Beschickung einer Gegen­spindel-­Drehmaschine mit Motoman-Roboter bei der Framo Morat GmbH.
Automatische Beschickung einer Gegen­spindel-­Drehmaschine mit Motoman-Roboter bei der Framo Morat GmbH.
(Bild: Yaskawa)

Ein Praxisbeispiel zeigt, wie der wirtschaftliche und anwenderfreundliche Einsatz von Robotern bei der Bestückung von Werkzeug­maschinen heute aussehen kann: Die Framo Morat GmbH & Co. KG zählt zu den führenden Herstellern hochqualitativer Antriebslösungen. Die Kernkompetenz des rund 400 Mann starken Unternehmens ist die Zahnradtechnik. Um der hohen Nachfrage gerecht zu werden, sind alle Werkzeugmaschinen auf Höchstleistung getrimmt. Im Falle einer Gegenspindel-Drehmaschine sah man jedoch noch Produktivitätspotenzial: Für diese Maschine suchte Framo eine automatische Beschickung – gefragt war eine robuste Standardlösung, die hochflexibel und einfach zu bedienen sein sollte, sicher funktioniert und dabei möglichst wenig Platz beansprucht. Die EGS Automatisierungstechnik in Donaueschingen, die für Framo bereits erfolgreiche Automatisierungsprojekte durchgeführt hatte, konnte auch für diese Aufgabe die perfekte Lösung bieten. Heiko Röhrig, EGS-Vertriebsleiter, erinnert sich: «Nach intensiver Beschäftigung mit dem Pflichtenheft war schnell klar, dass unsere Standardzuführung Flexiplex aus dem SUMO-Programm in Kombination mit einem bewährten Motoman-Roboter MH6 des japanischen Herstellers Yaskawa die Ideallösung sein könnte. Tatsächlich konnten wir mit dieser Standardkonfiguration und kleinen Modifikationen alle Kundenanforderungen in die Praxis umsetzen.» Alle Arbeitsschritte zwischen dem manuellen Be- und Entladen des Zuführsystems laufen vollautomatisch ab. Aufgabe des Roboters ist es, die Automation der Drehmaschine zu übernehmen. Dazu greift sich der MH6 ein unbearbeitetes Teil vom Zuführband und legt es präzise in die Hauptspindel der Drehmaschine ein. Danach entnimmt er ein Fertigteil aus der Gegenspindel und legt es auf einer der vier Spuren des Abführbandes ab. Zusammenfassend nennt EGS-Vertriebsleiter Röhrig folgende Argumente für den Einsatz von Motoman-Robotern im Umfeld von Werkzeugmaschinen: «Sie bieten ein breites Spektrum im Bereich von 3 bis 80 kg Traglast. Sie sind ohne weitere Anpassungen für eine Montage an Boden, Wand oder Decke geeignet. Ausserdem lassen sie sich einfach und werkstattnah programmieren. Und nicht zuletzt zeichnen sich fast alle Manipulatoren durch eine besonders schlanke Bauform aus.»

Automatisiertes Dreh- und Fräs-Bearbeitungszentrum

Eine weitere aktuelle Anlage steht bei der Högg Produktionstechnik AG in Wattwil. Das Unternehmen fertigt mit 100 Mitarbeitern auf rund 10 000 Quadratmeter Produktionsfläche Präzisionskomponenten aus nahezu allen metallischen Werkstoffen. Jährlich werden mehrere hundert Tonnen Stahl, Aluminium, Edelstahl sowie diverse andere Materialien zerspant. Dabei setzt Högg auf neueste Fertigungstechnologien, über 50 CNC-Bearbeitungsmaschinen und deren konsequente Automation. Bereits seit vielen Jahren vertrauen die Schweizer auf Motoman-Roboter von Yaskawa. Zuletzt wurde durch den erfahrenen Systemintegrator CNC-Automation Würfel aus Singen ein Dreh- und Fräs-Bearbeitungszentrum Mori Seiki NT 4250 automatisiert. Auf den ersten Blick überrascht die Wahl des Roboters, eines Motoman MS80W, den man vorrangig aus dem Schweissbereich kennt. Bei näherer Betrachtung wird schnell klar, warum gerade dieser 6-Achser für die Handhabungsapplikation die erste Wahl ist. Mit seiner schlanken Gestalt kommt der MS80W mit relativ kleinem Platzbedarf aus. Gleichzeitig kann er mit seiner beachtlichen Reichweite von 2236 mm jede Position problemlos erreichen. Und: Dank seiner Wiederholgenauigkeit von 0,07 mm ist er für die Be- und Entladung der Bearbeitungsmaschine und das Abholen und Einlegen der Teile in die Werkstückträger mehr als hinreichend präzise.

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Leistungsfähige Roboter

Insbesondere die Motoman-Handlingroboter der MH-Reihe sind für sämtliche Automatisierungsaufgaben rund um die Werkzeugmaschine prädestiniert: Mit dem Motoman MH12 präsentierte Yaskawa das schnellste Modell in seiner Klasse. Der Hochgeschwindigkeitsroboter ist auf eine Tragkraft von bis zu 12 kg ausgelegt. Um die interne Medienführung zum Greifer zu verbessern, hat der Roboterhersteller das hohle Handgelenk des dynamischen 6-Achsers von 42 auf 50 mm erweitert. Damit sinkt die mechanische Belastung der Kabel deutlich. Eventuelle Verbindungsstörungen werden eliminiert und die Programmierung und Wartung des Roboters vereinfacht. Das schlanke, stromlinienförmige Design des Knickarmroboters verringert nicht nur Störkonturen zwischen Maschine und Werkstück. Es ist auch konsequent platzsparend und erlaubt so das Handling in engen Räumen sowie eine hohe Roboterdichte. Störkonturen durch von aussen geführte Medienkabel gehören auch beim grösseren MH24 der Vergangenheit an. Möglich macht dies der hohle obere Arm des 6-achsigen Universalroboters mit einem Durchmesser von 50 mm. Trotz der hohlen Konstruktion zeigt sich der Hochgeschwindigkeitsroboter ausgesprochen leistungsstark. Er verfügt über eine Tragkraft von 24 kg und ein stromlinienförmiges Design, das eine geringe Installationsfläche erfordert. Damit ist der MH24 vielseitig einsetzbar.

Direkte Integration in die Maschine

Damit Industrieroboter ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten können, müssen sie reibungslos mit Produktionsmaschinen und Steuerungsumgebungen interagieren. Lange mussten Roboter- und Maschinensteuerung allerdings getrennt voneinander programmiert, gesteuert und gewartet werden. Bei diesem konventionellen Zusammenspiel von Robotern und Maschinen, das technisch immer noch möglich ist, gibt es jedoch einige Punkte, die heute einfacher lösbar sind. Beispielsweise muss das Bedienpersonal bei der konventionellen Methode nicht nur in den internationalen Standards der SPS geschult sein, sondern auch Kenntnisse in der Programmierung sowie der Steuerung von Robotern besitzen. Die redundanten Programmiervorgänge sorgen zudem dafür, dass Fehlerquellen nicht immer sofort ersichtlich sind. Das erschwert es, Störungen schnell und unkompliziert zu beheben. In der Vergangenheit gab es bereits Lösungsansätze. So ging um die Jahrtausendwende der Trend in die Richtung, Maschinensteuerungen in die Robotersteuerung zu integrieren. Nachdem SPSen mittlerweile durch ihre hohe Leistungsfähigkeit modular erweiterbar sind, verfolgt man heute den genau gegenteiligen Ansatz: Der Roboter soll als eines von vielen Elementen über die SPS direkt in die Maschine integriert werden. Für diesen Anwendungsfall bietet Yaskawa mit MotoLogix eine leistungsfähige Lösung.

Fazit

Wenn es um die optimale, anwendungsspezifische Umsetzung kompletter Systemlösungen in der Werkzeugmaschinen-Industrie geht, bilden Roboter häufig das Herzstück. Die Voraussetzung dafür ist ein sehr breit gefächertes Produkt- und Lösungsspektrum, wie es beispielsweise Yaskawa vom Manipulator bis zur Steuerung und darüber hinaus anbietet. SMM

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