Gressel: Greifermodul R-C2 vereint Spannen und Transportieren Werkstückspanner und Robotergreifer kombiniert

Redakteur: Konrad Mücke

Das Spannmodul R-C2 dient Robotern als Greifer für Werkstücke, spannt aber auch Werkstücke in Bearbeitungszentren. Somit lässt sich die Fertigung von Einzelteilen und Kleinserien deutlich einfacher und wirtschaftlicher automatisieren.

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Mit wenig Aufwand automatisieren: Das Roboter-­Spannmodul R-C2 trägt mit einer Kupplung einen kombinierten Greifer und Werkstückspanner.
Mit wenig Aufwand automatisieren: Das Roboter-­Spannmodul R-C2 trägt mit einer Kupplung einen kombinierten Greifer und Werkstückspanner.
(Bild: Gressel AG)

Der Referenzprozess entsprechend Richtlinie VDI 2860 (zurückgezogen, aber nicht ersetzt) beschreibt sämtliche Verrichtungen, die für ein automatisiertes Werkstück-­Handling inklusive aller Einzelschritte zum Spannen und Entspannen von Rohteilen, Halbfabrikaten oder fertig bearbeiteten Werkstücken erforderlich sind – ab der geordneten Aufnahme der (Roh-)Teile bis zur geordneten Ablage der fertigen Werkstücke. In der Praxis nutzt man dafür zum einen Werkstückspanner für bestimmte Werkstückabmessungen, zum anderen Robotergreifer für bestimmte Spanner-Baugrössen. Zusätzlich benötigt man auf dem Maschinentisch montierte (Nullpunkt-)Spannaufnahmen sowie am Roboter montierte Basis-Wechselgreifer, die flexibel unterschiedliche, werkstückspezifische Greifer aufnehmen. Darüber hinaus sind für einen automatisierten Handhabungsprozess diverse Zusatzfunktionen erforderlich. Das betrifft den Wechsel der Spannbacken oder das automatische Einstellen auf die jeweiligen Werkstückabmessungen. Auch das auto­matisierte Einstellen der Spannkräfte ist zu berücksichtigen.

Komplexe Abläufe hemmen Automatisierung

Die Abläufe beim Be- und Entladen von Maschinen sind nur vermeintlich einfach. Sie erfordern, sämtliche Einzelschritte beim Handhaben von Werkstücken zu überwachen und zu erfassen. Zudem sind bisher mehrere Werkstückspanner sowie mehrere Robotergreifer notwendig. Nur damit lässt sich die Fertigung in kleinen Serien oder von Einzelstücken automatisieren. Bislang werden überwiegend nur zusätzliche Funktionen in die Werkstückspanner und in Robotergreifer integriert. Damit will man die Digitalisierung und die selbsttätige Überwachung verwirklichen. Doch gilt das als sehr kostenintensiv. Anwender beurteilen sehr streng die dafür erforderlichen Investitionen und verzichten häufig auf eine Automatisierung, die sich als unwirtschaftlich erweisen könnte.

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Spezifische Vorrichtungen installieren und rüsten

Vom Rohteil über das Halbfabrikat bis zum fertig bearbeiteten Bauteil ändert sich die Kontur der Werkstücke. Allein zum Transportieren und Spannen von Rohlingen werden bis zu vier unterschiedliche Konfigurationen an Greifern für den beladenden Roboter benötigt. Der Greifer für das Rohteil, der Greifer zum Entladen nach der ersten Bearbeitung (OP 10), der Greifer zum Beladen für die zweite Bearbeitung (OP 20) und der Greifer zum Entladen nach der zweiten Bearbeitung (OP20). Zudem ist noch eine zum Wenden der Werkstücke erforderliche werkstückspezifische Ablage zu installieren. Spannbacken im Werkstückspanner sind für die jeweilige Bearbeitungsfolge zu wechseln. Zum Ablegen der teilweise und der fertig bearbeiteten Bauteile sind jeweils spezifische Ablagen erforderlich. Für jedes zu bearbeitende Werkstück sind also kostenintensive Vorrichtungen zu erstellen, zu rüsten sowie umzurüsten.

Greifen und Werkstücke spannen integriert

Mit der Entwicklung des Roboter-Spannmoduls R-C2 ist es den Ingenieuren von Gressel gelungen, die Funktionen Greifen und Spannen in ein System zu integrieren. Das Roboter-Spannmodul greift zum einen unabhängig von der Kontur der eingesetzten Werkstücke, zum anderen können kostenintensive Komponenten – wie die unterschiedlichen Greifer für die jeweiligen Bearbeitungsfolgen – komplett entfallen. Das Roboter-Spannmodul dient als Spanner zum Fixieren und Spannen des Rohteils, des Halbfabrikats und des Fertigteils sowie als Greifer für den Roboter zum Werkstück-Handling ab der Rohteilaufnahme bis zum Ablegen des bearbeiteten Bauteils.

Mit dem Roboter-Spannmodul R-C2 werden Roboter oder Handlingsysteme anstelle der üblichen Greifer-Schnittstelle ausgerüstet. Das Spannmodul nimmt mit seiner Spannmechanik einen Werkstückspanner auf. Dieser kann wahlweise bis 80 x 130 mm oder 125 x 300 mm grosse Werkstücke spannen. Der Roboter fährt mit dem Werkstück-­Spanner zur Ablagestation für Werkstücke und spannt dort direkt das Werkstück. Er trägt den Werkstückspanner mit Werkstück zum Arbeits-
tisch des Bearbeitungszentrums. Dort wird dieser mit einem Nullpunkt-Spannsystem gespannt. An­schlies­send wird bearbeitet. Danach entnimmt der Roboter den Werkstückspanner mit Bauteil und legt das Werkstück auf einer Ablage ab.

Diese Kombination aus Greifen und Spannen vermindert erheblich die Anzahl an werkstückspezifischen Schnittstellen, Greifer und Spannmittel auf nunmehr nur noch vier – die Ablage für das Rohteil im Speicher, die Spannbacken OP 10, die Spannbacken OP 20 und die Ablage für das Fertigteil im Werkstückspeicher. Das Roboter-Spann­modul trägt somit dazu bei, Werkzeugmaschine und Roboter zu standardisieren. Nun kann man weitgehend unabhängig von der jeweiligen Werkstückgeometrie automatisieren. Allein die Spannbacken und die Werkstückablage sind werkstückspezifisch zu gestalten.

Minimal investieren

Das Roboter-Spannmodul R-C2 ist nur 5 kg leicht. Es verfügt über eine numerisch gesteuerte Servo­achse zum Greifen beziehungsweise Spannen (bis 35 kN Greif- und Spannkraft) und eine Kupplungsvorrichtung. Die Werkstück-Spannkräfte sind von 30 bis 100 Nm frei programmierbar. Maximal kann der Greifer beziehungsweise Spanner bis 40 kg schwere Bauteile tragen. Zur Sicherheit ist die Spanntechnik energielos geschlossen. Überwacht wird mit einem Lasersensor die Spannweite der Spannbacken, zudem die Spannkraft durch Messen des Motorstroms des Servoantriebs. Ebenfalls überwacht wird die Funktion des Ankoppelns an das Robotermodul. Auf einem integrierten RFID-Sensor können die Konfigurationen für Spannbacken gespeichert und gelesen werden.

Da die Pneumatik und die Elektronik (Schnittstellen PTA 6.2 und Profi-NET) vollständig integriert sind, lässt sich das Roboter-Spannmodul R-C2 problemlos installieren. Es ist kompakt und schlank aufgebaut und hat nur wenige Störkonturen. Somit kann es auch bei mehrachsigem Komplettbearbeiten uneingeschränkt zum Spannen von Werkstücken dienen. Um unproduktive Nebenzeiten zusätzlich zu verkürzen, kann man eine zweite Spanneinheit einsetzen. Auf ihr werden hauptzeitparallel Werkstücke beladen. Sie wird auf einer Zwischenstation zum Wechsel durch den Roboter abgelegt. Das verkürzt zusätzlich die Wechsel- und somit die Stillstandszeiten des Bearbeitungszentrums. Mit einer solchen Konfiguration lässt sich das Fertigen von Einzelstücken und kleinen Serien sehr viel wirtschaftlicher und einfacher als bisher für höchste Produktivität vollständig automatisieren. - kmu - SMM

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