Automatisierung kleiner Fertigungsgrößen mit Schwerlast-Roboter

Der Roboter bewegt sich auf einer 18 m langen Lineareinheit.

Der Roboter bewegt sich auf einer 18 m langen Lineareinheit. Kuka Roboter

Der Maschinenfabrikant Merz entschied sich, vier Bearbeitungszentren seiner Produktion zu automatisieren. Das Ziel: Qualität, Flexibilität und Produktivität erhöhen sowie Ausfall- und Lieferzeiten verkürzen. Mithilfe des Kuka-Roboters vom Typ KR 500 R2830 F (Foundry) konnte das Unternehmen die Ziele verwirklichen. Seit 2015 verkettet der Roboter vier Beladungszentren, befüllt und entleert die Rüstplätze.

Im Werk in Hechingen produziert Merz Einzylinder-Rundstrickmaschinen zur Herstellung von medizinischen Strümpfen und Kompressionsartikeln. Für die Umstellung des Produktionsprozesses auf eine automatisierte Lösung beauftragte Merz die Unternehmen Soflex Fertigungssteuerungs und WBT Automation. Die Automatisierung der vier DMG-Bearbeitungszentren –Werkzeugmaschinen des Herstellers DMG Mori – sollte trotz kleiner Losgrößen den Betrieb rund um die Uhr sicherstellen, die Anwendung an den Rüststationen für Bediener außerdem ergonomisch und einfach zu bedienen sein. Soflex und WBT Automation entschieden sich für eine roboterbasierte Lösung von Kuka. „Roboter bieten die größtmögliche Flexibilität, um Maschinen- und Rohmaterialpaletten von unterschiedlicher Größe und Gewicht handhaben zu können“, erklärt Joachim Burkert, Geschäftsführer von WBT Automation. Der Roboter ist für schwere Traglasten konzipiert. Für einen größeren Arbeitsraum wird er in der Applikation mit einer Lineareinheit kombiniert.

Vier Fertigungsanlagen gleichzeitig bedienen

Merz setzt den Roboter ein, um vier nebeneinanderstehende Fertigungsanlagen zu bedienen.

Merz setzt den Roboter ein, um vier nebeneinanderstehende Fertigungsanlagen zu bedienen. Kuka Roboter

Die Automatisierung bei Merz erfolgte ähnlich einem Referenzprojekt von Soflex mit dem gleichen Roboter-Typ. Dieser bewegt sich auf der 18 m langen Lineareinheit KL 1500-3, um vier nebeneinanderstehende Fertigungsanlagen zu bedienen. Zu den Aufgaben des Roboters zählen das Be- und Entladen der Rüstplätze, an denen Maschinenpaletten mit den entsprechenden Werkstücken und Rohmaterialien gerüstet werden. Als verknüpfendes Glied zwischen den Fertigungszentren übernimmt er den automatischen Transport von Maschinen- und Rohmaterialpaletten zwischen den Rüstplätzen, Lagerbereichen und der Bearbeitungsmaschinen. Dadurch arbeiten die vier Bearbeitungszentren vollautomatisch rund um die Uhr. Zusätzlich integrierte Soflex ein Leitsystem in das IT-Firmennetzwerk: „Merz forderte die Einbindung der automatisierten Anlage in die innerbetrieblichen Informationsflüsse, um eine automatische Bereitstellung der NC- und Werkzeugdaten für die Maschinen sicherzustellen. Das ist ein wesentlicher Bestandteil, um unnötige Stillstandzeiten zu vermeiden und hohe Produktivität zu erreichen“, erläutert Soflex-Geschäftsführer Franz Klaiber.

Robuster Bote zwischen den Bearbeitungszentren

Der Roboter transportiert Maschinen- und Rohmaterialienplatten von und zu den Rüstplätzen, Lagerbereichen sowie Bearbeitungsmaschinen.

Der Roboter transportiert Maschinen- und Rohmaterialienplatten von und zu den Rüstplätzen, Lagerbereichen sowie Bearbeitungsmaschinen. Kuka Roboter

Der Kuka-Roboter erreicht bei einer Traglast von bis zu 500 kg eine Reichweite von mehr als 2,8 m. Seine kompakte und schlanke Bauform ohne Störkonturen ermöglicht den Einsatz in engen Zellen. In der Foundry-Ausführung ist er für den Einsatz in Anlagen mit hohem Verschmutzungsgrad und hohen Temperaturen ausgelegt: Sowohl seine Hand als auch der Roboter selbst sind dafür mit einer mehrschichtigen Lackierung mit hoher Endhärte, Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit überzogen. Zusätzlich ist sie resistent gegen verdünnte Säuren und Laugen und kurzzeitig temperaturbeständig. Auch die Lineareinheit, auf die der Roboter aufgesetzt ist, hält Traglasten von bis zu 3,8 t stand. Eine translatorische Bewegungseinheit vergrößert den Arbeitsraum des Roboters um bis zu 30 m. Bedienen lässt sich der Roboter per Touchpanel. Mitarbeiter benötigen dafür keine speziellen Roboterkenntnisse.

Roboterbasierte Automatisierung eines Schleifprozesses

Um die Bestückung seines Schleifzentrums zu verbessern, plante das Unternehmen Gebr. Saacke, ein Hersteller von Präzisionswerkzeugen und Werkzeugschleifmaschinen, die Wechselzeiten zu verkürzen. Der Kleinroboter Kuka KR 6 R900 Sixx WP unterstützt heute als Waterproof-Ausführung bei der Übergabe und Entnahme von Werkstücken.

Der Roboter entnimmt aus einer Palette das zu bearbeitende Werkstück.

Der Roboter entnimmt aus einer Palette das zu bearbeitende Werkstück. Kuka Roboter

„Für unser Werkzeugschleifzentrum waren wir auf der Suche nach einer automatisierten Lösung, die schnell und präzise arbeitet. Um eine möglichst hohe Flexibilität zu erreichen, sollte in die Anlage ein Roboter integriert werden, der verschiedene Aufgaben bewerkstelligen kann“, erklärt Gerhard Kopp, Leiter Konstruktion des Geschäftsbereichs Maschinen bei Saacke. Bei der Konzeption der vollständig automatisierten Anlage galt es für die Entwickler, verschiedenes zu beachten: Um etwa die verschiedenen Arbeiten in dem vorgegebenen Takt erledigen zu können, statteten sie den Roboter mit einem Doppelgreifer aus und entwickelten dafür ein spezielles Programm. Mithilfe des Doppelgreifers kann der Roboter den Werkstückträger in einem Arbeitsschritt entleeren und befüllen. Die Roboterzelle konzipierten sie außerdem so, dass sie sich einfach auf andere Werkstücke umrüsten lässt. Eine weitere Herausforderung: „Die Integration des Roboters in die Maschinenabläufe erforderte nicht nur die Anpassung der Maschinenverkleidung, sondern auch die Entwicklung einer geeigneten Schnittstelle zwischen Roboter- und Maschinensteuerung“, schildert Kopp.

Seit Juni 2015 befindet sich die Zelle mit dem Kuka-Roboter bei Kunden von Saacke in Betrieb. Der Roboter verfügt über eine Traglast von 6 kg und arbeitet sowohl mit sehr leichten Wendeschneidplatten mit nur wenigen Gramm Gewicht als auch mit Schaftwerkzeugen von bis zu 2,5 kg. Mit einer Reichweite von 900 mm deckt der Roboter den gesamten Arbeitsbereich ab. In der Waterproof-Variante verfügt der Kleinroboter über Edelstahlabdeckungen, eine spezielle Oberflächenbehandlung sowie zusätzliche Dichtungen im Innenleben. Damit erfüllt er die erhöhte Schutzklasse IP 67: Kühlschmierstoff (KSS) und Schleiföl können nicht in den Roboter eindringen. „Zwar ist der Roboter nicht direkt dem KSS-Strahl ausgesetzt, doch im Arbeitsraum entsteht während des Werkstückwechsels KKS- beziehungsweise Öl-Nebel“, erklärt Kopp. Ohne speziellen Schutz könnten daher Beschädigungen an den Dichtungen, Leitungen oder dem Messsystem auftreten.

Einfüttern und Entnehmen der Werkstücke mit zwei Greifern

Außerhalb der Roboterzelle entnimmt der Roboter ein bereits bearbeitetes Werkstück, dreht seinen Greifer und führt anschließend das zu bearbeitende Werkstück ein.

Außerhalb der Roboterzelle entnimmt der Roboter ein bereits bearbeitetes Werkstück, dreht seinen Greifer und führt anschließend das zu bearbeitende Werkstück ein. Kuka Roboter

Der sechsachsige Roboter entnimmt in der Roboterzelle aus einer Palette das zu bearbeitende Werkstück, beispielsweise eine Wendeschneidplatte oder ein Schaftwerkzeug. Die Wendeschneidplatten setzt der Roboter auf einen Pin auf. Anschließend positioniert er das Werkstück vor der Tür der Zelle, die sich automatisch öffnet. Der Roboterarm fährt durch die geöffnete Tür zum Schleifgerät außerhalb der Roboterzelle, wo sich bereits ein bearbeitetes Werkstück befindet. Mit dem zweiten Greifer entnimmt der Roboter dieses Werkstück und füttert anschließend über eine Drehung des Greiferarms das neue Werkstück ein. Anschließend beginnt die Bearbeitung des neuen Werkstücks mit der Werkzeugschleifmaschine UW I F. Parallel kehrt der Roboterarm in die Roboterzelle zurück, wo er das bearbeitete Werkstück in der Abblasstation reinigt und wieder in die Palette legt. Nun beginnt der Arbeitsablauf wieder von vorn.

Roboterbasierte Lösung für andere Schleifzentren

Das bearbeitete Werkstück wird an der Abblasstation gereinigt und von dem Roboter anschließend in die Palette gelegt.

Das bearbeitete Werkstück wird an der Abblasstation gereinigt und von dem Roboter anschließend in die Palette gelegt. Kuka Roboter

Aufgrund der nun verkürzten Span-zu-Span-Zeit (nach VDI-Richtlinie 2852 definierter Zeit zwischen Wegführen eines Werkzeuges und Heranführen eines folgenden Werkzeuges in die gleiche Bearbeitungsposition) hat sich die Auslastung der Maschine verbessert. Und auch der Bedienaufwand für die Maschine hat sich reduziert. „Mit der Lösung lässt sich die Großserienproduktion von Werkstücken problemlos realisieren“, bilanziert Kopp. Saacke will die roboterbasierte Automatisierung daher künftig auch für andere Maschinentypen anpassen – beispielsweise mit einer Funktion zur Laser-Beschriftung der Werkstücke.

Hannover Messe 2016 – Halle 17, Stand G04