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Bedienerlos produktiver, zuverlässiger und profitabler

Automation an der CNC-Werkzeugmaschine: vielfältiges Angebot im Überblick
Bedienerlos produktiver, zuverlässiger und profitabler

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Für die Automation von CNC-Werkzeugmaschinen gibt es viele Lösungen. Je nach Anforderungen ist eine Standardzelle vom Maschinenhersteller oder eine flexible Lösung vom Systemhaus das Mittel der Wahl. Autor: Konrad Mücke

„Nur mit Automatisierung können wir die nächsten Jahre wettbewerbsfähig produzieren. In der Automation liegt daher die Zukunft“, konstatiert Beat Schiltknecht. Er leitet beim Präzisionsfertiger Tschudin + Heid die Fertigung. Und der Trend zur Automation gilt nicht nur für große Losgrößen: „Abhängig von der Bearbeitungszeit lohnt sich eine Automation mit Robotern schon bei kleinsten Losgrößen“, ergänzt Martin Hämmerle, Produktmanager bei Walter Maschinenbau.

Winfried Michael Geiger, Markt Segment Manager Machine Tool bei Kuka, konkretisiert die wirtschaftlichen Vorteile: „Ein Roboter verlängert die tägliche Produktionszeit eines Bearbeitungszentrums mannlos von 16 auf 24 Stunden und steigert somit die Produktivität um satte 50 Prozent.“ An Automation führt also an der CNC-Werkzeugmaschine künftig kein Weg mehr vorbei. Dem Anwender steht dabei ein breites Spektrum an Automationslösungen zur Verfügung: Vom Bandförderer und Palettenkarussell über Portal- und Knickarmroboter bis zum flexiblen Fertigungssystem mit Palettenregal und Leitrechner.
Auf den Bedarf zugeschnitten
„Jeder Betrieb muss individuell abwägen, welche Automationslösung zu seinen Forderungen optimal passt“, sagt Jens Lüdtke, Leiter Consulting und Anwendungsspezialist beim CAD-Softwareunternehmen Tebis. „Das beginnt bei Mehrfachaufspannung von Werkstücken, geht über Palettensysteme mit manuellem oder automatischen Palettenwechsel und reicht bis zu Maschinen, die mit Robotern, Linearsystemen oder in einem flexiblen Fertigungssystem verkettet sind.“
Als erste Ausbaustufe einer Automation haben sich Stangenlader für Langdrehmaschinen (etwa von FMB, LNS, Breuning Irco), Bandförderer für vertikale Drehmaschinen (zum Beispiel bei Emag und Leistritz), Spanntürme mit Mehrfachspannung, Palettenkarussells und Palettenregale mit Palettenwechslern für Bearbeitungszentren (Hersteller von BAZ wie Haas, Matsuura, DMG Mori, FFG, MAG, Grob, Liebherr) bewährt.
Für länger andauernde bedienerlose Zeiten hat Emag sein Automationssystem Trackmotion konzipiert. Es besteht aus Zu- und Abfuhrbändern (zum Puffern von Rohlingen und bearbeiteten Bauteilen) und aus einem Schienensystem (Track) mit dem Hub-Wendewagen Translift. Letzterer fährt auf der Schiene, hebt, transportiert und wendet Werkstücke.
Mehr Speicherplätze für längere Zeiten bedienerloser Fertigung bietet das kompakte Rotationsladesystem RLS von Liebherr. Hier lassen sich unterschiedliche Paletten in die bis zu zwei integrierbaren Bearbeitungszentren einwechseln.
Flexible Fertigungssysteme mit Palettenlager für Roh- und Fertigteile, Regalbediengerät zum Transport der Werkstückpaletten, mehreren Rüstplätzen und Bearbeitungsmaschinen, können über längere Zeiträume, gesteuert von einem Leitrechner, bedienerlos fertigen. Diese Automation, hergestellt unter anderem von Promot, Resolfe, Fastems und Liebherr bietet eine sehr weitgehende Datenintegration.
Roboter: wirtschaftlich und flexibel
Überwiegend für Drehzentren bieten Maschinenhersteller und Systemhäuser Portalroboter. „Portalsysteme nutzt man bevorzugt, um mehrere Maschinen zu verketten. Weitere Stationen, zum Beispiel zum Wenden der Werkstücke, zum Messen und Prüfen, zum Reinigen und Abblasen, zum Kennzeichnen oder für Zusatzbearbeitungen, können in die Automation integriert werden“, erläutert Niko Lambarki, bei Handlingtech Automations-Systeme zuständig für den technischen Vertrieb. Solche Portale greifen von oben in den Arbeitsraum der Maschinen.
Besonders flexibel wird die Automation mit einem Knickarm-Roboter, ob er nun von Kuka, Fanuc, ABB, Yaskawa, Stäubli oder Comau kommt: Für eine hohe Akzeptanz haben mehrere Hersteller inzwischen das Programmieren der Geräte erheblich vereinfacht. Tablet-PC ähnliche Programmierterminals führen den Programmierer situationsbezogen im Klartextdialog. Bei einigen Robotern lassen sich Positionen durch manuelles Führen des Roboterarms einfach teachen. Viele Hersteller ermöglichen auch das Einlesen von Roboterprogrammen, die zuvor mit Hilfe von CAD-CAM- und Simulationssystemen generiert wurden.
Zudem verschmelzen viele Hersteller Roboter- und CNC-Steuerung: „Mit der Schnittstelle Run My Robot Machining haben Kuka und Siemens eine komfortable Roboterprogrammierung verwirklicht“, sagt Geiger. Alle Funktionen und Abläufe einer Roboterzelle können an der CNC-Steuerung der Bearbeitungsmaschine im gewohnten G-Code zeilenorientiert programmiert werden. Laut Geiger hat das die Akzeptanz bei den Maschinenbedienern deutlich erhöht.
Ähnlich einfach lassen sich Roboter mit der Software Motologix von Yaskawa programmieren, bei der alle Roboterfunktionen über standardisierte SPS-Programmblöcke aufgerufen werden. Eine enge Integration von Robotersteuerung und externen CNC- und SPS-Steuerungen bietet auch Stäubli mit seiner Unival-Schnittstelle. Bei Fanuc, wo CNC und Roboter aus einer Hand kommen, ist eine enge Integration sowieso selbstverständlich.
Zudem vereinfachen Systemhäuser dem Endkunden die Arbeit, in dem sie integrierte Lösungen aus Maschine und Roboter schaffen. Ein Beispiel für eine solche Lösung ist die Fertigungszelle Robodrill Plus von Häberle. Sie besteht ausschließlich aus Komponenten (Werkzeugmaschine Robodrill mit CNC, Roboter LR Mate 200iD) von Fanuc. Sämtliche Funktionen werden allein über das CNC-Bedienfeld programmiert und bedient.
Auf Prozesse abgestimmt
Stellt sich nur die Frage: Bezieht man eine solche vorintegrierte Automationslösung nun vom Systemhaus oder direkt vom Maschinenhersteller? Schließlich bieten Maschinenhersteller für Bearbeitungs-, Dreh- und Schleifzentren verstärkt solche Automationszellen an – Beispiele sind Hermle, Stama, DMG, Chiron, Liebherr, Grob, Alzmetall, Spinner, Emco, Walter und Ewag.
Automationslösungen von Maschinenherstellern haben nach Meinung von Walter-Produktmanager Hämmerle den Vorteil, dass bei solchen Komplettlösungen der Maschinenhersteller die Gesamtverantwortung für das Automationsprojekt trägt. „Alle Komponenten sind auf den Bedarf an Werkstücken, Bearbeitungen und Bearbeitungszeiten abgestimmt.“ Die Roboter zum Be- und Entladen von Paletten oder einzelnen Bauteilen befinden sich dabei in der Maschine, stehen oder hängen in separaten Plattformen.
Die Turnkey-Lösungen (standardisierte Zellen wie DMG Mori System WH, Stama Starc 50 oder Chiron Flexcell Uno) beinhalten vielfach bewährte Technologie, sind kurzfristig verfügbar und lassen sich rasch in Betrieb nehmen. Allerdings ist das jeweilige Automationssystem nur im Rahmen definierter Prozesse nutzbar. Ändern sich die Forderungen deutlich, ist meist eine Ersatzinvestition unumgänglich.
Offen für individuelle Lösungen
Hier bieten Automationsspezialisten eine größere Flexibilität. „Auf Automation spezialisierte Anbieter verfügen über maschinen- und branchenübergreifende Erfahrungen. Sie nutzen eine große Vielfalt unterschiedlicher Technologien, um die exakt auf das individuelle Umfeld des Fertigungsbetriebs abgestimmte Automatisierung zu verwirklichen“, sagt Stephen Ackermann, Produktbereichsleiter Handlingsysteme bei FMB.
Automationsspezialisten wie EGS, Handlingtech, HBI, Fastems, FMB und RBC realisieren solche universellen Roboterzellen. Sie sind meist für kleinere, häufig nur wenige Gramm oder Kilogramm leichte Werkstücke ausgelegt, bilden eine kompakte Einheit, und werden auf Schienen oder anderweitig vor oder neben Dreh-, Fräs-, Schleif- und Erodiermaschinen aufgestellt.
Üblich beinhalten sie den Roboter und einen Palettenspeicher. Alternativ bedienen sie auch externe Palettenspeicher. Für die zu bedienenden Prozesse erstellen die Systemhäuser aus modularen Softwarebausteinen individuelle Software. Da solche standardisierte Roboterzellen flexibel einsetzbar, kostengünstig und kurzfristig verfügbar sind, erschließen sie laut Harald Bader, Geschäftsführer der HBI Robotics, auch kleinen und mittelständischen Betrieben zukunftsweisende Automationslösungen. „Wegen günstiger Investitionskosten und hoher Produktivität im Drei-Schicht-Betrieb arbeiten sie innerhalb kürzester Zeit profitabel.“
Zudem wissen die Systemhäuser, wie sich kundenspezifisch ergänzende Bearbeitungsstationen sowie Mess- und Prüfstationen zur fertigungsnahen 100-%-Qualitätssicherung integrieren lassen. Die Nebenzeiten der Werkzeugmaschinen werden somit produktiv genutzt. Als Besonderheit integrieren einige Automationsspezialisten, wie HBI oder RBC auch 3D-Kameras, um ungeordnet abgelegte Bauteile aus Behältern zu greifen und orientiert zuzuführen. ↓
„Ein Roboter verlängert die Produktionszeit eines Bearbeitungszentrums mannlos von 16 auf 24 Stunden und steigert somit die Produktivität um satte 50 Prozent.“ Winfried Michael Geiger, Kuka
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