Mapal: Werkzeuge für E-Mobility Wirtschaftlich fertigen mit Robotern

Anbieter zum Thema

Rhenus Lub GmbH & Co KG

item Industrietechnik Schweiz GmbH

jobchannel ag

MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

Mapal Schweiz AG

Wird ein Fräser von einem Roboter geführt, ist die Bearbeitung grundsätzlich labiler als auf einem Bearbeitungszentrum. Um prozesssicher kürzeste Taktzeiten zu verwirklichen, setzt Kadia beim Entgraten von Batteriewannen mit Robotern den dreischneidigen Fräser FlyCutter von Mapal ein.

Entgratmaschinen des Nürtinger Maschinenherstellers Kadia GmbH + Co. nutzen vor allem Automobilhersteller und Zulieferer, Hersteller von Bau- und Agrarmaschinen, Windkraftanlagen und der Flugzeugbau. Während der Nürtinger Hersteller für das Honen Standardmaschinen in unterschiedlichen Abmessungen und Ausführungen anbietet, werden für das Entgraten grundsätzlich Sondermaschinen gebaut. Zu den Anwendern der Anlagen gehören auch grosse Maschinenhersteller, die Kadia als Entgrat­experten mit an Bord holt.

Bleistifttest für Grate

Bei der mechanischen Bearbeitung unterscheidet man zwischen losen und festen Graten. Nach dem Entgraten soll das Bauteil je nach Anforderung scharfkantig, mit Kantenverrundung oder mit einer Fase ausgestattet sein, weshalb hier auch von Kantendesign gesprochen wird. Zur Beurteilung eines losen Grats setzt Kadia einen ebenso simplen wie aussagekräftigen Test ein, für den die um 5 mm ausgefahrene Mine eines Druckbleistifts dient. Kann der Grat damit entfernt werden, ist er lose. Bricht die Mine ab, hat man es mit einem festen Grat zu tun, der je nach Anforderung weggefräst werden muss oder stehen bleiben darf, da er sich später nicht löst.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Werkzeug oder Werkstück führen

Für das Entgraten mit einem Roboter sind auch die Abmessungen des Werkstücks entscheidend. Bei kleineren Bauteilen wird die Führung des Werkstücks favorisiert. Der Roboter fährt dabei das Werkstück an fest montierten Bearbeitungseinheiten entlang. Bei einer werkzeuggeführten Strategie bearbeitet der Roboterarm ein fest eingespanntes Werkstück. «Bei grossen Werkstücken bin ich mit dem Fräser in der Hand wesentlich geschickter, als wenn ich das sperrige Teil bewegen muss», erläutert Jannik Weiss, Vertrieb Entgratmaschinen bei Kadia. Als von einem Automobilhersteller eine Entgratmaschine für Batteriewannen in Elektrofahrzeugen angefragt wurde, stand gleich fest, dass der Roboter hier die Werkzeuge führen muss. Der aus Strangpressprofilen geschweisste Aluminiumrahmen misst 1900 x 1400 x 100 mm. Die an Kadia gestellten Anforderungen umfassten das Fräsen der Trennflächen und das anschliessende Bürsten der vom Fräser erzeugten Grate, damit die Rahmen später mit einem Deckel verschraubt und abgedichtet werden können. Derlei Aufgaben erledigt eine Roboterzelle wirtschaftlicher und flexibler als ein Bearbeitungszentrum, zumal die Anforderungen an die Oberflächengüte moderat sind.

Bearbeiten in der Versuchszelle

Kernstück der Entwicklung beim Maschinenhersteller ist eine 5 x 6 m messende Versuchszelle mit einem Sechs-Achs-Industrieroboter und einer Schnellwechseleinheit. Hier kann der Prozess der späteren Anlage bereits getestet werden. Vorversuche ermitteln die optimalen Technologieparameter und prüfen die Stabilität. In der Zelle befinden sich fünfzehn einwechselbare Einheiten, auf neun davon hat der Roboter einen automatisierten Zugriff. Er hat 2700 mm Aktionsradius. Eine Einheit stellt eine bestimmte Funktion dar, die für die Bearbeitung eines Bauteils gebraucht wird. Typischerweise besteht sie aus einer Motorspindel mit Schnittstelle und einem Zerspanungswerkzeug. Ein Rundtisch als siebte Achse gehört ebenfalls zur Ausstattung der Versuchszelle, die zudem über genügend Freiraum verfügt, um weitere Anlagen, wie etwa eine Kühlmittelversorgung oder zusätzliche Prozesseinheiten, unterbringen zu können. Oft sind bei Kadia gleich mehrere Bauteile für verschiedene Versuche in der Zelle gerüstet. Für erste Vorversuche an einem Dummy-Bauteil der Batteriewanne verwendete der Maschinenhersteller einen bereits in der Fertigung vorhandenen Rundplattenfräser. Das Werkzeug erwies sich als völlig ungeeignet für die Aufgabe. Die auftretenden Schwingungen waren so stark, dass sogar die Bearbeitungsspindel Schaden nahm. Selbst bei niedrigen Schnittwerten machte sich die Geräuschkulisse beim Fräsen noch im Nebengebäude störend bemerkbar. Wegen eines geeigneten Fräsers für das Aluminiumgehäuse wurde Mapal als Problemlöser gewählt. «Wir informieren uns im Vorfeld, bei welchem Werkzeughersteller wir das Potenzial für eine Zusammenarbeit sehen», berichtet Jannik Weiss. Zwar fokussiert man sich bei Kadia zunächst auf Standardwerkzeuge, doch war es durchaus ein Pluspunkt für Mapal, dass der Werkzeughersteller bei Bedarf Sonderwerkzeuge entwickelt.

Zwei Fräser zur Auswahl

Diesen Dienst hat der Maschinenhersteller bereits in einem vorherigen Projekt genutzt, für das der Werkzeughersteller ein spezielles Hydrodehn­spannfutter entwickelt hat. Hier hat man die Leistungen des Herstellers aus Aalen zu schätzen gelernt. Als Norbert Meier, technischer Berater bei Mapal, wegen dieses Spannfutters vor Ort war, wurde ihm die Aufgabe mit der Batteriewanne erläutert. In kürzester Zeit hatte Norbert Meier Lösungen parat und brachte bei seinem nächsten Besuch zwei Fräser aus dem Standardportfolio mit. Der siebenschneidige Planfräser IFM751 und der FlyCutter D63 mit drei Schneiden zeigten sich in den Tests der Aufgabe gewachsen, doch lieferte der kleine Dreischneider zur Verwunderung von Jannik Weiss deutlich bessere Resultate: «Das war wirklich spitze, was der FlyCutter da machte», stellte er erstaunt fest.

Norbert Meier wollte dem Kunden mit dem zweiten Fräser eine Alternative aufzeigen, hatte mit diesem Ergebnis aber gerechnet. «Unseren FlyCutter haben wir ganz speziell für derartige Anforderungen im Portfolio», erläutert er. Mapal hat das leichte Werkzeug gezielt für labile Voraussetzungen in der Bearbeitung entwickelt, wie sie bei Roboteranwendungen auftreten. Er ist optimiert für kleine Schnittstellen wie etwa BT30. Das innovative Design und der Einsatz von Aluminium sorgen für ein besonders niedriges Gewicht des Fräskopfs. Der bei Kadia eingesetzte Fräser mit 63 mm Durchmesser ist nur 220 g leicht. Seine feinfühlige Keiljustierung ermöglicht die μm-genaue Einstellung der Fräseinsätze. Die Schwalbenschwanzführung und eine zusätzliche Wurmschraube sorgen für einen perfekten Sitz und eine hohe Wiederholgenauigkeit bei der Montage der Fräseinsätze. Durch die spezielle, hochpositive Schneidengeometrie wirken nur geringe Kräfte auf das Bauteil und die vom Roboter geführte Werkzeugspindel. Bei der Bearbeitung der Batteriewanne kommt es auf Oberflächengenauigkeit im µm-Bereich nicht an. Damit das vom Automobilhersteller aufzubringende Dichtmittel besser hält, war sogar eine gewisse Rauigkeit der Oberfläche gewünscht. Nur die Welligkeit durfte nicht zu gross werden. In den Versuchen wurde der Fräser über das Limit hinaus bewegt, um festzustellen, bis zu welchem Punkt entstehende Rattermarken an dem relativ dünnen Bauteil noch innerhalb der verlangten Toleranz liegen.

Schnittwerte und Positionierung

«Die Krux bei einer Roboterbearbeitung ist das Zusammenspiel zwischen Werkzeug, Vorrichtung und Roboter», erläutert Norbert Meier. Die Steifigkeit ist ein grundsätzliches Problem bei der Bearbeitung. Je weiter der Roboterarm ausfährt, desto labiler wird die Zerspanung. In den Versuchen testet Kadia daher nicht nur unterschiedliche Schnittwerte, sondern auch unterschiedliche Positionierungen des Roboters vor oder neben dem Werkstück. Für den vorliegenden Fall ermittelten die Partner als optimale Schnittdaten bei einer Spindeldrehzahl von 11 000 min-1 einen Vorschub von 0,16 m/s und eine Zustellung von 0,5 mm. Prozesssicher lieferte der Fräser FlyCutter eine sehr gute Oberflächenqualität. Diese Daten aus dem Versuchsstand hat der Maschinenhersteller in das Konzept für die Sondermaschine übernommen. Als wirtschaftlichste Lösung für die Serienfertigung hat der Hersteller dafür den Einsatz von drei Robotern in einer Zelle ermittelt. Während zwei sich die Bearbeitung der Vorderseite teilen, arbeitet der dritte an der Rückseite. Dem Kunden gibt Kadia nicht nur die Schnittdaten an die Hand, sondern kann bereits vor dem Bau der Maschine sagen, wie lange eine Bearbeitung dauert und was für eine Taktzeit damit zu realisieren ist. Das Entgraten einer grossen Batteriewanne dauert demzufolge etwa 80 s. «Bei einem Roboterprozess sind solche Prozessangaben zu Schnittwerten noch nicht ganz so üblich wie bei einer CNC-Maschine. Je nach Positionierung des Roboters erzeugen gleiche Daten andere Ergebnisse», sagt Jannik Weiss. SMM

(ID:48724972)